細(xì)胞生物學(xué)：第13章 細(xì)胞凋亡

《細(xì)胞生物學(xué)：第13章 細(xì)胞凋亡》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《細(xì)胞生物學(xué)：第13章 細(xì)胞凋亡（40頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、cell cell senescencesenescence第一節(jié) 細(xì)胞衰老(cellular aging或cell senescence)體外培養(yǎng)的二倍體細(xì)胞，細(xì)胞核隨著細(xì)胞分裂次數(shù)的增體外培養(yǎng)的二倍體細(xì)胞，細(xì)胞核隨著細(xì)胞分裂次數(shù)的增加不斷增大加不斷增大細(xì)胞核的核膜內(nèi)折（細(xì)胞核的核膜內(nèi)折（invagination）、）、 染色質(zhì)固縮化染色質(zhì)固縮化比較項(xiàng)目比較項(xiàng)目程序性細(xì)胞死亡程序性細(xì)胞死亡細(xì)胞壞死細(xì)胞壞死細(xì)胞調(diào)亡細(xì)胞調(diào)亡的生物學(xué)意義生物學(xué)意義：一種生理保護(hù)機(jī)制，清除體內(nèi)多余、受損或危險(xiǎn)的細(xì)胞而一種生理保護(hù)機(jī)制，清除體內(nèi)多余、受損或危險(xiǎn)的細(xì)胞而不對(duì)周?chē)募?xì)胞或組織產(chǎn)生危害。在成熟的動(dòng)物個(gè)體中，

2、不對(duì)周?chē)募?xì)胞或組織產(chǎn)生危害。在成熟的動(dòng)物個(gè)體中，通過(guò)細(xì)胞凋亡和細(xì)胞增殖速率的調(diào)節(jié)來(lái)維持組織器官細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞凋亡和細(xì)胞增殖速率的調(diào)節(jié)來(lái)維持組織器官細(xì)胞數(shù)量的穩(wěn)定。數(shù)量的穩(wěn)定。凋亡細(xì)胞的形態(tài)及與正常細(xì)胞的對(duì)比電鏡圖凋亡細(xì)胞的形態(tài)及與正常細(xì)胞的對(duì)比電鏡圖細(xì)胞核逐漸皺縮至最終解體的過(guò)程細(xì)胞核逐漸皺縮至最終解體的過(guò)程細(xì)胞色素c誘導(dǎo)的凋亡細(xì)胞DNA電泳圖1細(xì)胞色素c誘導(dǎo)0 h2細(xì)胞色素c誘導(dǎo)1 h3細(xì)胞色素c誘導(dǎo)2 h4細(xì)胞色素c誘導(dǎo)3 h5細(xì)胞色素c誘導(dǎo)4 h6陰性對(duì)照7Marker 凋亡細(xì)胞組織轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶凋亡細(xì)胞組織轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶tTGtTG（tissue Transglutaminasetissu

3、e Transglutaminase）積）積累并達(dá)到較高水平累并達(dá)到較高水平 發(fā)生改變發(fā)生改變反轉(zhuǎn)至外脂層反轉(zhuǎn)至外脂層一些膜圍小泡一些膜圍小泡巨噬細(xì)胞表面的凝集素識(shí)別巨噬細(xì)胞表面的凝集素識(shí)別巨噬細(xì)胞對(duì)暴露的巨噬細(xì)胞對(duì)暴露的磷脂磷脂酰絲氨酸酰絲氨酸具有識(shí)別能力具有識(shí)別能力凋亡細(xì)胞凋亡細(xì)胞出芽方式出芽方式分解分解凋亡小體凋亡小體凋亡凋亡小體小體限定要凋亡的細(xì)胞限定要凋亡的細(xì)胞 凋亡小體被鄰近凋亡小體被鄰近 細(xì)胞吞噬細(xì)胞吞噬 經(jīng)降解被清除經(jīng)降解被清除凋亡小體凋亡小體a a 正常正常T T細(xì)胞雜交瘤細(xì)胞細(xì)胞雜交瘤細(xì)胞 b b 凋亡細(xì)胞凋亡細(xì)胞( (掃描電鏡掃描電鏡) c ) c 凋亡細(xì)胞凋亡細(xì)胞( (

4、透射電鏡透射電鏡) )四四 細(xì)胞凋亡的檢測(cè)細(xì)胞凋亡的檢測(cè)形態(tài)學(xué)觀測(cè)：染色法、透射和掃描電鏡觀察DNA電泳：DNA片段就呈現(xiàn)出梯狀條帶TUNEL測(cè)定法，即DNA斷裂的原位末端標(biāo)記法彗星電泳法（comet assay）流式細(xì)胞分析 根據(jù)凋亡細(xì)胞DNA斷裂和丟失，采用碘化丙啶使DNA 產(chǎn)生激發(fā)熒光，用流式細(xì)胞儀檢出凋亡的亞二倍體細(xì) 胞，同時(shí)又能觀察細(xì)胞的周期狀態(tài)。三三 誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的因子誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的因子物理性因子，包括射線（紫外線，物理性因子，包括射線（紫外線， 射線等），射線等）， 較溫和的溫度刺激（如熱激，冷激）等較溫和的溫度刺激（如熱激，冷激）等化學(xué)及生物因子：包括活性氧基團(tuán)和分子，DNA

5、和蛋白質(zhì)合成的抑制劑，激素，細(xì)胞生長(zhǎng)因子，腫 瘤壞死因子（TNF），抗Fas/Apo-1/CD95抗體等一一 切冬酶切冬酶(caspases)：在蛋白質(zhì)水解酶級(jí)聯(lián)途徑中：在蛋白質(zhì)水解酶級(jí)聯(lián)途徑中具有專(zhuān)一性切割蛋白質(zhì)分子中的具有專(zhuān)一性切割蛋白質(zhì)分子中的Asp-X肽鍵肽鍵活性的活性的半半胱氨酸蛋白酶胱氨酸蛋白酶系。全稱(chēng)為天冬氨酸特異性的半胱氨酸系。全稱(chēng)為天冬氨酸特異性的半胱氨酸蛋白質(zhì)水解酶。又被稱(chēng)為蛋白質(zhì)水解酶。又被稱(chēng)為胱冬肽酶胱冬肽酶Caspase的研究首先是在秀麗隱干線蟲(chóng)細(xì)胞的凋亡開(kāi)始的，從的研究首先是在秀麗隱干線蟲(chóng)細(xì)胞的凋亡開(kāi)始的，從胚胎發(fā)育至成體，線蟲(chóng)共產(chǎn)生了胚胎發(fā)育至成體，線蟲(chóng)共產(chǎn)生了1

6、090個(gè)體細(xì)胞，其中個(gè)體細(xì)胞，其中131個(gè)個(gè)體細(xì)胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn)體細(xì)胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn)ced3,ced4基因促進(jìn)細(xì)胞凋亡，基因促進(jìn)細(xì)胞凋亡，ced9基因阻止基因阻止ced3/ced4的激活，抑制細(xì)胞凋亡。的激活，抑制細(xì)胞凋亡。2002年美國(guó)麻年美國(guó)麻省理工學(xué)院的省理工學(xué)院的Robert horvitz,英國(guó)的英國(guó)的Sydney Brenner和和John E. Sulston因在線蟲(chóng)細(xì)胞凋亡方面的創(chuàng)新性研究共同因在線蟲(chóng)細(xì)胞凋亡方面的創(chuàng)新性研究共同獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。Ced3哺乳類(lèi)同源物是ICE(Interleukin-1-converting enzyme)，即C

7、aspase1，催化白介素-1前體的剪切成熟過(guò)程。在大鼠上成纖維細(xì)胞過(guò)量表達(dá)ICE和Ced3都會(huì)引起細(xì)胞凋亡。生存細(xì)胞生存細(xì)胞死亡細(xì)胞死亡細(xì)胞被判處死刑的細(xì)胞被判處死刑的細(xì)胞 寡聚化寡聚化 加工加工激活激活 無(wú)活性無(wú)活性 切冬酶家族成員的特征：切冬酶家族成員的特征：細(xì)胞凋亡的過(guò)程：激活期和執(zhí)行期兩個(gè)階段。前期細(xì)胞應(yīng)答死亡信號(hào)，起始Caspase活化；后期執(zhí)行Caspase活化，執(zhí)行細(xì)胞死亡程序。 最初翻譯產(chǎn)物為無(wú)活性酶原，在最初翻譯產(chǎn)物為無(wú)活性酶原，在Asp-X鍵處被切割成亞鍵處被切割成亞基后才組裝成四聚體活性酶基后才組裝成四聚體活性酶 (2大亞基和大亞基和2小亞基小亞基) ； 均有相同的催化

8、部位均有相同的催化部位(含有含有QACXG保守結(jié)構(gòu)域保守結(jié)構(gòu)域) ； 具有自身活化和活化其它切冬酶的能力。具有自身活化和活化其它切冬酶的能力。 Caspase-8和和10含有串聯(lián)重復(fù)的死亡效應(yīng)結(jié)構(gòu)域（含有串聯(lián)重復(fù)的死亡效應(yīng)結(jié)構(gòu)域（），和含有），和含有Caspase募集結(jié)構(gòu)域（募集結(jié)構(gòu)域（）。）。 執(zhí)行Caspase的活化屬于異性活化，即起始Caspase招募執(zhí)行Caspase原酶分子后，對(duì)其進(jìn)行切割，產(chǎn)生具有活性的執(zhí)行Caspase切割細(xì)胞內(nèi)重要的結(jié)構(gòu)和功能蛋白，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。DNA切冬酶原切冬酶原切冬酶切冬酶I無(wú)活性無(wú)活性CAD活性活性CADDNA斷片化斷片化細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡DFF45, D

9、NA fragmentation factor-45ICAD, inhibitor of caspase-activated DNase 核纖層解體核纖層解體染色質(zhì)凝縮染色質(zhì)凝縮Gelsolin FAK PAK2細(xì)胞骨架紊亂細(xì)胞骨架紊亂細(xì)胞結(jié)構(gòu)解體細(xì)胞結(jié)構(gòu)解體切冬酶切冬酶酶解酶解自身調(diào)節(jié)與修復(fù)功能喪失自身調(diào)節(jié)與修復(fù)功能喪失核酸合成、加工、修復(fù)核酸合成、加工、修復(fù)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)切冬酶切冬酶酶解酶解與相鄰細(xì)胞脫離接觸與相鄰細(xì)胞脫離接觸；細(xì)胞骨架重新裝配細(xì)胞骨架重新裝配；DNA復(fù)制和修復(fù)過(guò)程被關(guān)閉復(fù)制和修復(fù)過(guò)程被關(guān)閉；mRNA無(wú)法剪接無(wú)法剪接；DNA受破壞受破壞；核結(jié)構(gòu)紊亂核結(jié)構(gòu)紊亂。切冬酶切冬酶細(xì)胞解體

10、細(xì)胞解體凋亡小體凋亡小體許多蛋白質(zhì)許多蛋白質(zhì)切割切割吞噬信號(hào)吞噬信號(hào)發(fā)出發(fā)出被吞噬清除被吞噬清除Caspase依賴性的細(xì)胞凋亡：包括死亡受體起始的外依賴性的細(xì)胞凋亡：包括死亡受體起始的外源途徑和線粒體起始的內(nèi)源途徑源途徑和線粒體起始的內(nèi)源途徑死亡受體介導(dǎo)的凋亡：死亡受體介導(dǎo)的凋亡：死亡配體與受體結(jié)合：死亡配體與受體結(jié)合：死亡配體主要是腫瘤壞死因子（死亡配體主要是腫瘤壞死因子（TNF）家族成員，）家族成員，TNF由激活的單核由激活的單核-巨噬細(xì)胞分泌，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和巨噬細(xì)胞分泌，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和誘發(fā)炎癥反應(yīng)。誘發(fā)炎癥反應(yīng)。死亡受體死亡受體TNF-R1和和Fas（Apo-1，CD95），胞質(zhì)部），胞

11、質(zhì)部分含有死亡結(jié)構(gòu)域（分含有死亡結(jié)構(gòu)域（DD），負(fù)責(zé)招募凋亡信號(hào)通），負(fù)責(zé)招募凋亡信號(hào)通路中的信號(hào)分子。路中的信號(hào)分子。細(xì)胞凋亡的內(nèi)源途徑：線粒體是核心細(xì)胞凋亡的內(nèi)源途徑：線粒體是核心當(dāng)細(xì)胞受到內(nèi)部或外部凋亡信號(hào)的刺激，胞內(nèi)線粒體當(dāng)細(xì)胞受到內(nèi)部或外部凋亡信號(hào)的刺激，胞內(nèi)線粒體的外膜通透性改變，向細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)釋放凋亡的相關(guān)的外膜通透性改變，向細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)釋放凋亡的相關(guān)因子，引發(fā)細(xì)胞凋亡。因子，引發(fā)細(xì)胞凋亡。細(xì)胞色素細(xì)胞色素c的釋放是細(xì)胞凋亡內(nèi)源途徑的關(guān)鍵，線粒的釋放是細(xì)胞凋亡內(nèi)源途徑的關(guān)鍵，線粒體外膜的通透性主要受到體外膜的通透性主要受到Bcl-2蛋白家族的調(diào)控。蛋白家族的調(diào)控。 Bcl-2蛋白家族

12、是線蟲(chóng)抗凋亡蛋白蛋白家族是線蟲(chóng)抗凋亡蛋白Ced9的同源物。其的同源物。其功能可以分為兩組，功能可以分為兩組，Bcl-2、Bcl-xL,Bcl-w等抑制細(xì)等抑制細(xì)胞凋亡，胞凋亡，Bax、Bak和和Noxa等促進(jìn)凋亡。等促進(jìn)凋亡。BCL-2家族成員Caspase非依賴性的細(xì)胞凋亡非依賴性的細(xì)胞凋亡Caspase非依賴性的細(xì)胞凋亡確實(shí)存在，但機(jī)制仍不完全清楚。非依賴性的細(xì)胞凋亡確實(shí)存在，但機(jī)制仍不完全清楚。凋亡誘導(dǎo)因子（凋亡誘導(dǎo)因子（AIF）位于線粒體外膜，可以轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)，）位于線粒體外膜，可以轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)，并進(jìn)入細(xì)胞核，引發(fā)核內(nèi)并進(jìn)入細(xì)胞核，引發(fā)核內(nèi)DNA凝集并斷裂形成凝集并斷裂形成50kb大小大小的的片段。片段。限制性內(nèi)切核酸酶限制性內(nèi)切核酸酶G（Endo G)可以誘發(fā)可以誘發(fā)Caspase非依賴性的非依賴性的細(xì)胞凋亡。細(xì)胞凋亡。 Endo G屬于依賴性的核酸酶家族，定位于線粒屬于依賴性的核酸酶家族，定位于線粒體，在線粒體中，負(fù)責(zé)線粒體體，在線粒體中，負(fù)責(zé)線粒體DNA的修復(fù)和復(fù)制。受到凋亡的修復(fù)和復(fù)制。受到凋亡信號(hào)刺激，從線粒體進(jìn)入細(xì)胞核，對(duì)和信號(hào)刺激，從線粒體進(jìn)入細(xì)胞核，對(duì)和DNA進(jìn)行切割。在進(jìn)行切割。在Caspase未被激活的情況下，產(chǎn)生典型的以核小體為單位的未被激活的情況下，產(chǎn)生典型的以核小體為單位的DNA片段。片段。