第十六章细胞凋亡优秀PPT.ppt

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1、第十六章细胞凋亡第一页，本课件共有35页机体结构机体结构细胞增殖细胞增殖细胞分化细胞分化细胞凋亡细胞凋亡细胞信号转导细胞信号转导染色体染色体（DNADNA与蛋白质的相互作用）与蛋白质的相互作用）衰老衰老第二页，本课件共有35页第一节第一节 细胞衰老细胞衰老(cellular aging或或cell senescence)Hayflick界限界限(Hayflick Limitation）细胞在体内条件下的衰老细胞在体内条件下的衰老衰老细胞结构的变化衰老细胞结构的变化衰老细胞结构的变化衰老细胞结构的变化细胞衰老的分子机理细胞衰老的分子机理细胞衰老的分子机理细胞衰老的分子机理第三页，本课件共有35页

2、一、一、Hayflick界限界限(Hayflick Limitation）概念：关于细胞增殖能力和寿命是有限的观点。概念：关于细胞增殖能力和寿命是有限的观点。细胞，至少是培养的二倍体细胞，不是不死的，而是有一定的细胞，至少是培养的二倍体细胞，不是不死的，而是有一定的 寿命；它们的增殖能力不是无限的，而是有一定的界限，这就寿命；它们的增殖能力不是无限的，而是有一定的界限，这就 是是 HayflickHayflick界限界限 癌细胞或培养的细胞系是不正常细胞，其染色体数目或形态癌细胞或培养的细胞系是不正常细胞，其染色体数目或形态 已经不同于原先的细胞已经不同于原先的细胞 细胞的增殖能力与供体年龄有

3、关细胞的增殖能力与供体年龄有关 物种寿命与培养细胞寿命之间存在着一定的关系物种寿命与培养细胞寿命之间存在着一定的关系二倍体细胞的衰老是由细胞本身决定的二倍体细胞的衰老是由细胞本身决定的 决定细胞衰老的因素在细胞内部，而不是外部的环境决定细胞衰老的因素在细胞内部，而不是外部的环境 是细胞核而不是细胞质决定了细胞衰老是细胞核而不是细胞质决定了细胞衰老第四页，本课件共有35页细胞来源人胚肺成纤维细胞中年人成纤维细胞老年人成纤维细胞可增殖代数 40-60 20 2-4不同年龄来源的人成纤维细胞的增殖代数第五页，本课件共有35页二、细胞在体内条件下的衰老二、细胞在体内条件下的衰老在机体内，细胞的衰老和死

4、亡是常见的现象，甚至在在机体内，细胞的衰老和死亡是常见的现象，甚至在 个体发育的早期也会发生个体发育的早期也会发生;正常情况下终生保持分裂的细胞，其分裂能力是否随正常情况下终生保持分裂的细胞，其分裂能力是否随 着有机体年龄的增高而下降？它们着有机体年龄的增高而下降？它们 会不会衰老？会不会衰老？衰老动物体内，细胞分裂速度显著减慢，其原因主要衰老动物体内，细胞分裂速度显著减慢，其原因主要 是是GG1 1期明显延长期明显延长;衰老个体内的环境因素影响了细胞的增殖和衰老衰老个体内的环境因素影响了细胞的增殖和衰老;骨髓干细胞移植实验说明随着年龄的增加，干细胞骨髓干细胞移植实验说明随着年龄的增加，干细胞

5、 增殖速度也趋缓慢增殖速度也趋缓慢.第六页，本课件共有35页三、衰老细胞结构的变化三、衰老细胞结构的变化 细胞核的变化细胞核的变化 内质网的变化内质网的变化:衰老衰老动物内质网成分弥散性地分散于核动物内质网成分弥散性地分散于核 周胞质中，粗面内质网的总量似乎是减少了周胞质中，粗面内质网的总量似乎是减少了 线粒体的变化线粒体的变化:通常，通常，细胞中线粒体的数量随龄减少，细胞中线粒体的数量随龄减少，而其体积则随龄增大而其体积则随龄增大 致密体的生成致密体的生成 膜系统的变化膜系统的变化 第七页，本课件共有35页细胞核的变化体外培养的二倍体细胞，细胞核 随着细胞分裂次数的增加不断增大细胞核的核膜内

6、折（invaginationinvagination）、染色质固缩化 第八页，本课件共有35页膜系统的变化衰老的细胞，其膜流动性降低、韧性减小衰老细胞间间隙连接;细胞膜内（P面）颗粒的分布也发生变化 第九页，本课件共有35页四、细胞衰老的分子机理四、细胞衰老的分子机理氧氧氧氧化化化化性性性性损损损损伤伤伤伤学学学学说说说说：代代谢谢过过程程中中产产生生的的活活性性氧氧基基团团或或分分子子（ROS-ROS-OO2 2-，OHOH-，H H2 2OO2 2 ），引引发的氧化性损伤的积累，最终导致衰老。发的氧化性损伤的积累，最终导致衰老。端粒与衰老端粒与衰老端粒与衰老端粒与衰老：发现发现端粒长度确实

7、与衰老有着密切的关系，提出细胞衰老的端粒长度确实与衰老有着密切的关系，提出细胞衰老的 “有丝分裂钟有丝分裂钟”学说（学说（Harley,1990Harley,1990）rDNArDNArDNArDNA与衰老与衰老与衰老与衰老:酵母染色体外酵母染色体外rDNArDNA 环（环（ERCERC）的积累，导致细胞衰老。）的积累，导致细胞衰老。沉沉沉沉默默默默信信信信息息息息调调调调节节节节蛋蛋蛋蛋白白白白复复复复合合合合物物物物（Sir Sir Sir Sir complexcomplexcomplexcomplex）与与与与衰衰衰衰老老老老：Sir Sir complex complex 存存在在于

8、于异异染染色色质质区区，其其作作用用在于阻断所在位点在于阻断所在位点DNADNA转录。转录。SGS1SGS1SGS1SGS1基因和基因和基因和基因和WRNWRNWRNWRN基因与衰老：基因与衰老：基因与衰老：基因与衰老：SGS1SGS1基因和基因和WRNWRN基因同源基因同源,编码解旋酶编码解旋酶;酵母酵母sgs1sgs1突变体寿命明显短于野生型（平均突变体寿命明显短于野生型（平均9.59.5代代:24.5:24.5代）代）;wrnwrn突变突变 引发早老症引发早老症.发育程序与衰老发育程序与衰老发育程序与衰老发育程序与衰老:线粒体线粒体线粒体线粒体DNADNADNADNA与衰老与衰老与衰老与

9、衰老:Sen-DNA(80Sen-DNA(80年代年代);mtDNA);mtDNA突变积累与细胞衰老有关突变积累与细胞衰老有关.第十页，本课件共有35页第二节第二节 细胞凋亡细胞凋亡(Apoptosis)细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡的形态学和生物化学特征细胞凋亡的形态学和生物化学特征细胞凋亡的分子调控机理细胞凋亡的分子调控机理细胞凋亡的分子调控机理细胞凋亡的分子调控机理第十一页，本课件共有35页一、细胞凋亡的概念及其生物学意义一、细胞凋亡的概念及其生物学意义概念：概念：细胞凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生命的细胞凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生命

10、的 过过 程程，所所 以以 也也 常常 常常 被被 称称 为为 细细 胞胞 程程 序序 性性 死死 亡亡（programmed programmed cell cell death,PCDdeath,PCD）。凋亡细胞将被吞噬细胞吞噬。）。凋亡细胞将被吞噬细胞吞噬。生物学意义：生物学意义：细胞凋亡对于多细胞生物个体发育的正常进行，细胞凋亡对于多细胞生物个体发育的正常进行，自稳平衡的保持以及抵御外界各种因素的干扰方面都起着非自稳平衡的保持以及抵御外界各种因素的干扰方面都起着非 常关键的作用常关键的作用：蝌蚪尾的消失蝌蚪尾的消失，骨髓和肠的细胞凋亡，骨髓和肠的细胞凋亡，脊椎动物的神经系统的发育脊椎

11、动物的神经系统的发育，发育过程中手和足的成形过程发育过程中手和足的成形过程。第十二页，本课件共有35页二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征细胞凋亡与坏死(necrosis)细胞凋亡的形态学特征细胞凋亡的生化特征诱导细胞凋亡的因子诱导细胞凋亡的因子细胞凋亡的检测第十三页，本课件共有35页细胞凋亡与坏死(necrosis)二者的主要区别是，细胞凋亡过程中，细胞质膜反折，二者的主要区别是，细胞凋亡过程中，细胞质膜反折，包裹断裂的染色质片段或细胞器，然后逐渐分离，形成包裹断裂的染色质片段或细胞器，然后逐渐分离，形成众多的凋亡小体（众多的凋亡小体（apoptotic bo

12、diesapoptotic bodies），凋亡小体则为邻近），凋亡小体则为邻近的细胞所吞噬。整个过程中，细胞质膜的整合性保持良好，的细胞所吞噬。整个过程中，细胞质膜的整合性保持良好，死亡细胞的内容物不会逸散到胞外环境中去，因而不引发死亡细胞的内容物不会逸散到胞外环境中去，因而不引发炎症反应。相反，在细胞坏死时，细胞质膜发生渗漏，细炎症反应。相反，在细胞坏死时，细胞质膜发生渗漏，细胞内容物，包括膨大和破碎的细胞器以及染色质片段，释胞内容物，包括膨大和破碎的细胞器以及染色质片段，释放到胞外，导致炎症反应放到胞外，导致炎症反应第十四页，本课件共有35页细胞凋亡的形态学特征凋凋亡亡的的起起始始：细细

13、胞胞表表面面的的特特化化结结构构如如微微绒绒毛毛消消失失，细细胞胞间间接接触触的的消消失失，但但细细胞胞膜膜依依然然完完整整；线线粒粒体体大大体体完完整整，但但核核糖糖体体逐逐渐渐从从内内质质网网上上脱脱离离，内内质质网网囊囊腔腔膨膨胀胀，并并逐逐渐渐与与质质膜膜融融合合；染染色色质质固固缩缩，形形成成新新月月形形帽帽状状结结构构等等形形态态，沿沿着着核膜分布核膜分布 凋凋亡亡小小体体的的形形成成：核核染染色色质质断断裂裂为为大大小小不不等等的的片片段段，与与某某 些些细细胞胞器器如如线线粒粒体体一一起起聚聚集集，为为反反折折的的细细胞胞质质膜膜所所包包围围。细细胞胞表表面面产产生了许多生了许

14、多泡状或芽状突起泡状或芽状突起，逐渐形成单个的凋亡小体，逐渐形成单个的凋亡小体 凋亡小体逐渐为邻近的细胞吞噬并消化凋亡小体逐渐为邻近的细胞吞噬并消化第十五页，本课件共有35页细胞凋亡的生化特征细胞凋亡的主要特征是形成大小为 180200bp特征性的DNA laddersDNA ladders 凋亡细胞组织转谷氨酰胺酶tTG （tissue Transglutaminase）积累并达）积累并达 到较高水平第十六页，本课件共有35页诱导细胞凋亡的因子物理性因子，包括射线（紫外线，物理性因子，包括射线（紫外线，射线等），射线等），较温和的温度刺激（如热激，冷激）等较温和的温度刺激（如热激，冷激）等化

15、学及生物因子：包括活性氧基团和分子，化学及生物因子：包括活性氧基团和分子，DNADNA 和蛋白质合成的抑制剂，激素，细胞生长因子，肿和蛋白质合成的抑制剂，激素，细胞生长因子，肿 瘤坏死因子瘤坏死因子（TNFTNF），抗），抗Fas/Apo-1/CD95Fas/Apo-1/CD95抗体等抗体等第十七页，本课件共有35页细胞凋亡的检测细胞凋亡的检测形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察DNADNA电泳：电泳：DNADNA片段就呈现出梯状条带片段就呈现出梯状条带TUNELTUNEL测定法，即测定法，即DNADNA断裂的原位末端标记法断裂的原位末端标记法彗星电泳法

16、（彗星电泳法（comet assaycomet assay）流式细胞分析流式细胞分析 根据凋亡细胞根据凋亡细胞DNADNA断裂和丢失，采用碘化丙啶使断裂和丢失，采用碘化丙啶使DNADNA产生激发荧光，用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细产生激发荧光，用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细胞，同时又能观察细胞的周期状态。胞，同时又能观察细胞的周期状态。第十八页，本课件共有35页三、细胞凋亡的分子调控机理细胞凋亡的分子调控机理线虫线虫(C.elegans)(C.elegans)凋亡研究发现凋亡研究发现ced3,ced4ced3,ced4基因促进基因促进 细胞凋亡，细胞凋亡，ced9ced9基因阻止基因阻止c

17、ed3/ced4ced3/ced4的激活，抑制的激活，抑制 细胞凋亡。细胞凋亡。Ced3Ced3哺乳类同源物是哺乳类同源物是ICE(Interleukin-ICE(Interleukin-1-converting enzyme)1-converting enzyme)，即，即Caspase1Caspase1CaspaseCaspase家族与凋亡家族与凋亡Bcl-2Bcl-2家族、家族、线粒体与细胞凋亡线粒体与细胞凋亡细胞凋亡的分子机理细胞凋亡的分子机理第十九页，本课件共有35页Caspase家族与凋亡Caspase家族CaspaseCaspase活性位点是半胱氨酸活性位点是半胱氨酸(Cyste

18、ine)(Cysteine)，裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后的肽裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后的肽键，因此称为键，因此称为Cysteine aspartic acic specificCysteine aspartic acic specific protease protease，即，即CaspaseCaspaseCaspase活化胞外信号分子诱导的细胞凋亡途径胞外信号分子诱导的细胞凋亡途径第二十页，本课件共有35页Caspase活化活化 Caspase自身以非活化的Procaspase存在，其激活依赖于其他的Caspase在它的天冬氨酸位点裂解活化或自身活化第二十一页，本课件共有35页胞外

19、信号分子诱导的细胞凋亡途径凋亡信号通路凋亡信号通路 当细胞接受凋亡信号分子当细胞接受凋亡信号分子(Fas,TNF(Fas,TNF等等)后，凋亡细胞表面信号分子受体后，凋亡细胞表面信号分子受体相互聚集并与细胞内的衔接蛋白相互聚集并与细胞内的衔接蛋白(Adaptor protein)(Adaptor protein)结合，这些衔接蛋白又结合，这些衔接蛋白又募募集集ProcaspasesProcaspases聚聚集集在在受受体体部部位位，ProcaspaseProcaspase相相互互活活化化并并产产生生级级联联反反应应，使使细胞凋亡细胞凋亡，下游，下游CaspasesCaspases活化后，作用底

20、物：活化后，作用底物：裂解核纤层蛋白，导致细胞核形成凋亡小体；裂解核纤层蛋白，导致细胞核形成凋亡小体；裂解裂解DNaseDNase结合蛋白，使结合蛋白，使DNaseDNase释放，降解释放，降解DNADNA形成形成DNA Ladder;DNA Ladder;裂解参与细胞连接或附着的骨架和其他蛋白，使凋亡细胞皱缩、裂解参与细胞连接或附着的骨架和其他蛋白，使凋亡细胞皱缩、脱落，便于细胞吞噬；脱落，便于细胞吞噬；导致膜脂导致膜脂PSPS重排，便于吞噬细胞识别并吞噬。重排，便于吞噬细胞识别并吞噬。第二十二页，本课件共有35页Bcl-2家族、家族、线粒体与细胞凋亡线粒体与细胞凋亡Bcl-2Bcl-2是是

21、一一种种原原癌癌基基因因，是是ced-9ced-9在在哺哺乳乳类类中中的的同同源源物物，能能抑抑制制细细胞胞凋凋亡亡；与与线线粒粒体体及及内内质质网网膜膜相相结结合合；Bcl-2Bcl-2蛋蛋白白的的羧羧基基末末端端有有一一穿穿膜膜的的结结构构域域；Bcl-2Bcl-2家家族族成成员员的的基基因因中中，常常常常含含有有三三个个保保守守的的Bcl-2Bcl-2同同源源区区，即即BH1BH1，BH2BH2和和BH3BH3Bcl-2Bcl-2、线粒体与线粒体与细胞凋亡细胞凋亡哺乳动物细胞中发现的哺乳动物细胞中发现的Apaf2Apaf2即是即是CytCCytC第二十三页，本课件共有35页Bcl-2、线

22、粒体与细胞凋亡当当Caspase8Caspase8活化后，它一方面作用于活化后，它一方面作用于Procaspase3Procaspase3，另，另 一方面使一方面使BidBid裂解成裂解成2 2个片段，其中含个片段，其中含BH3BH3结构域的结构域的C-C-端端 片段被运送到线粒体，与片段被运送到线粒体，与Bcl-2/BaxBcl-2/Bax的的BH3BH3结构域形成结构域形成 复合物，导致细胞色素复合物，导致细胞色素C C释放。释放。CytCCytC与胞质中与胞质中Ced4Ced4同源同源 物物Apaf-1(Apaf-1(凋亡蛋白酶活化因子凋亡蛋白酶活化因子apoptosis proteas

23、e apoptosis protease activating factor activating factor)结合并活化结合并活化Apaf-1Apaf-1，活化的，活化的Apaf-1Apaf-1再再 活化活化Procaspase9Procaspase9，最后引起细胞凋亡，最后引起细胞凋亡第二十四页，本课件共有35页第二十五页，本课件共有35页第二十六页，本课件共有35页第二十七页，本课件共有35页 a 正常T细胞杂交瘤细胞 b 凋亡细胞(扫描电镜)c 凋亡细胞(透射电镜)第二十八页，本课件共有35页caspase 超家族成员及其相应底物第二十九页，本课件共有35页BCL-2家族成员家族成员第三十页，本课件共有35页第三十一页，本课件共有35页第三十二页，本课件共有35页坏死细胞凋亡细胞第三十三页，本课件共有35页第三十四页，本课件共有35页细胞色素细胞色素c诱导的凋亡细胞诱导的凋亡细胞DNA电泳图电泳图1细胞色素c诱导0 h2细胞色素c诱导1 h3细胞色素c诱导2 h4细胞色素c诱导3 h5细胞色素c诱导4 h6阴性对照7Marker （自赵允、翟中和）第三十五页，本课件共有35页