apoptosis 细胞凋亡
细胞凋亡
医学病毒学研究所
刘媛媛
概念
细胞凋亡 (apoptosis ) 是在一定的生理或病理 条件下,一种由基因调控的细胞主动的死亡过程。 程序性细胞死亡(programmed cell death, PCD),在一定时间内,细胞按一定的程序发生 死亡,这种细胞死亡具有严格的基因时控性和选 择性。
细胞凋亡与PCD的区别
②分隔机制 在凋亡细胞内由内质网分隔成大小不等 的分隔区,靠近细胞膜端的分隔膜与细胞膜融合并 脱落形成凋亡小体。
③自噬体形成机制 凋亡细胞内线粒体、内 质网等细胞器和其他胞质成分一起被内质网 膜包裹形成自噬体,自噬体在与凋亡细胞膜 融合后排出胞外形成凋亡小体。 有些细胞不形成若干个凋亡小体,而仅 仅发生核固缩和胞质浓缩,成为单个致密的 结构,这也被称为凋亡小体。在病毒性肝炎 中见到的嗜酸性小体就是凋亡小体的例子。
可见凋亡细胞表面微绒毛消失,核染色质 固缩、边集,常呈新月形,核膜皱褶,胞 质紧实,细胞器集中,胞膜起泡或出“芽” 及凋亡小体和凋亡小体被临近巨噬细胞吞 噬现象。
2. 生化特征检测
1.细胞凋亡最显著的生化特征是ca2+、 Mg2+依赖的内源性核酸酶激活后,将细 胞核染色体从核小体间断裂,形成约为 180-200bp或其多聚体组成的寡核苷酸 片段。 2.针对此寡核苷酸片段发展了检测凋亡的 琼脂糖凝胶电泳法、原位末端标记法和 ELISA法等,这些方法具有很高的特异 性和敏感性,为凋亡的研究提供了强有 力的工具和手段。
细胞凋亡从启动到凋亡小体被吞噬最短的仅需 数分钟,而凋亡小体被吞噬细胞吞入后几小时 才被消化成残余体,因此实验中经常见到的是 凋亡小体被吞入后进行消化降胞内聚集的染色质块形成大 小不等的核碎片后,整个细胞通过发芽(by budding)、起泡(by zeiosis)等方式形成一个个球 形突起,并在根部缩窄脱落,形成一些大小不等、 内含胞质、细胞器以及核碎片的膜性小体,即凋亡 小体。
细胞凋亡坏死焦亡自噬区别
细胞凋亡坏死焦亡自噬区别细胞凋亡、坏死、焦亡和自噬是细胞死亡的不同方式。
下面我将从多个角度对它们进行全面的解释。
1. 定义和特征:细胞凋亡(apoptosis)是一种可控的、有序的程序性细胞死亡方式。
它通常发生在细胞受到内外部信号刺激或发生DNA损伤时,细胞通过激活一系列的信号通路,最终导致细胞内部的蛋白质降解和DNA断裂,从而实现细胞的自我消亡。
坏死(necrosis)是一种非程序性的细胞死亡方式,通常发生在细胞受到严重的物理或化学损伤,无法修复或保护自身的情况下。
坏死过程中,细胞膜破裂,细胞内容物泄漏,引发炎症反应。
焦亡(pyroptosis)是一种炎症性的程序性细胞死亡方式。
它是由细胞内一类特殊的炎症性细胞死亡蛋白(炎性小体)激活引发的。
焦亡过程中,细胞膜破裂,导致炎性细胞因子的释放,引发炎症反应。
自噬(autophagy)是一种细胞通过降解和回收细胞内部的蛋白质和细胞器来维持生命活力的过程。
自噬过程中,细胞通过形成双层膜的自噬体,将细胞内部的物质包裹并降解。
2. 形态学特征:细胞凋亡,细胞收缩、核染色质凝聚、细胞核碎裂、形成凋亡小体。
坏死,细胞肿胀、细胞膜破裂、细胞内容物泄漏。
焦亡,细胞肿胀、细胞膜破裂、炎性小体形成。
自噬,形成自噬体、细胞器被包裹并降解。
3. 机制和调控:细胞凋亡,细胞凋亡主要通过两个主要途径调控,即内源性途径(线粒体通路)和外源性途径(死亡受体通路)。
这些途径通过激活一系列的蛋白酶(半胱天冬氨酸蛋白酶家族)来执行细胞凋亡程序。
坏死,坏死通常发生在细胞受到严重的物理或化学损伤时,无法通过细胞内的调控机制进行修复。
坏死过程中,细胞膜受损,导致细胞内容物泄漏,引发炎症反应。
焦亡,焦亡是由一类特殊的炎症性细胞死亡蛋白(炎性小体)激活引发的。
焦亡过程中,炎性小体激活半胱天冬氨酸蛋白酶家族,导致细胞膜破裂和炎症因子的释放。
自噬,自噬是通过一系列的基因和蛋白质调控来实现的。
自噬过程中,细胞通过形成双层膜的自噬体,将细胞内部的物质包裹并降解。
细胞凋亡、自噬、坏死
束生命的过程。从形态学上看,首先细胞变圆,随即与周围细胞脱离;细胞失去
微绒毛,胞浆浓缩,内质网扩张呈泡状并与细胞膜融合,核染色质密度增高,凝
聚在核膜周边;然后核染色质断裂为大小不等的片段,与某些细胞器如线粒体聚
集在一起,被反折的细胞膜包围。从外观上看,细胞表面产生了许多泡状或芽状
突起;接着这些突起逐渐分隔,形成单个的凋亡小体(apoptotic body);最后凋亡
一、细胞凋亡、自噬、坏死概念
细胞死亡是指细胞因受严重损伤而累及胞核时,呈现代谢停止、结构破坏和
功能丧失等不可逆性变化,其一般分为程序性细胞死亡和非程序细胞死亡,细胞
凋亡(apoptosis)和自噬(autophagy)属于前者,细胞坏死(necrosis)属于后者。
细胞凋亡是一个主动的通过调控一系列基因的活化和表达等使细胞自动结
植物)中,为细胞生长代谢提供必要的大分子物质和能量,并清除细胞内过剩或
有缺陷的细胞器。
细胞坏死是一个被动的因极端的物理化学因素或严重的病理性刺激引起的
细胞损伤和死亡。细胞坏死的结局与细胞凋亡类似,坏死过程中细胞膜通透性增
高,致使细胞肿胀,细胞器变形或肿大,染色质随机降解,早期核无明显形态学
变化,最后细胞破裂;另外坏死的细胞膜发生渗漏,导致细胞内容物释放到胞外,
细胞坏死
四、检测方法 细胞凋亡检测方法在之前已经讲过,此处就不列举了。 细胞自噬检测方法: 1.电镜观察:在透射电子显微镜下,可以观察到自噬的特征性变化即自噬泡及自 噬溶酶体形成的全过程.首先在肿胀变形的细胞器周围出现双层膜空泡状结构, 继而包裹待降解物质形成自噬体,随后与溶酶体融合形成自噬溶酶体
被 双 层 膜 结 构 的 变形或肿大
自噬泡包裹,最终
免疫细胞的凋亡
三、生物大分子的合成
凋亡过程的发生一般需要合成新的RNA和蛋白质, 如在激素、射线作用下,或由于去除生长因子等 所引起的细胞凋亡中,即为如此。蛋白质或RNA合 成抑制剂如吐根碱、放线菌素等可抑制这种类型 凋亡的发生。
TNFR超家族成员的膜配体都是II型膜蛋白,这些 配体构成了TNF超家族。
(一) TNFR超家族的结构特征
TNFR超家族和TNF超家族是以结构为基础的,各 成员间不仅在氨基酸序列上具有不同程度的同 源性,而且在空间结构上也很相似。
TNFR超家族成员均为I型跨膜糖蛋白,它们在胞 膜外区含有2-6个约由40个氨基酸残基组成的富 含半胱氨酸的结构域(cysteine-rich domain, CRD)。
上述结果提示,PKC在成熟或未成熟淋巴细胞的凋 亡信号传递过程中发挥不同效应。
(七)超抗原、丝裂原
超抗原金色葡萄球菌肠毒素可诱导胸腺内CD4+CD8+ 细胞凋亡
丝裂原PWM可诱导成熟及未成熟T细胞凋亡。
第三节 细胞凋亡的生化改变
一、胞内Ca2+ 浓度增高
在所有类型的细胞凋亡过程中,都观察到胞内Ca2+ 浓度增高,这可能是由于Ca2+内流所致。
(1) Fas与FasL的结构与分布
Fas(CD95)也称Apo-1,Fas基因定位于人染 色体10q24.1。其编码产物分子量为45kDa的 I 型 跨膜蛋白,由胞外区(157aa)、跨膜区(17aa) 及胞浆区(145aa)组成。
对Fas胞浆区氨基酸序列的比较发现,它与TNFRI 有一段68aa的同源序列,这段序列对Fas和TNFRI 所介导的细胞凋亡起着决定性的作用,用基因突 变的方法将同源区进行改造后,它们就丧失了致 凋亡的能力,所以这一同源区被命名为死亡结构 域(death domain,DD)。
细胞凋亡的概念和意义
细胞凋亡的概念和意义细胞凋亡(apoptosis)是指细胞在特定生理或病理条件下,受到内在遗传机制的触发,而主动进行的一种细胞自我毁灭的过程。
这一过程涉及一系列有序的细胞内分子事件,包括细胞形态的改变、基因的调控以及能量的代谢等。
细胞凋亡不仅是一种自然的生理过程,而且对生物体具有重要的生物学意义。
一、细胞凋亡的概念细胞凋亡这一概念最早由比利时学者V. Kerr于1972年提出,是指细胞在一定的生理或病理条件下,受到内在遗传机制的触发,而主动进行的一种细胞自我毁灭的过程。
这一过程具有一系列独特的形态学和生物化学特征,如细胞皱缩、核染色质凝集、细胞器完整性的丧失以及细胞膜内陷或出芽等。
这些特征标志着细胞的死亡过程与细胞的自然生长和分裂过程有着根本的区别。
二、细胞凋亡的意义1.维持内环境稳定:细胞凋亡在维持生物体内环境稳定中起着重要的作用。
例如,人体手指和脚趾的末端细胞在发育过程中会受到程序性的死亡信号,以保证我们的手脚指尖能够保持正常的形状和功能。
同样,生殖器官中精子和卵子的死亡也是为了保证生物体的生殖过程能够正常进行。
2.清除有害细胞:当体内出现异常细胞,如癌变或病毒感染的细胞时,细胞凋亡机制会对其进行识别并启动死亡程序,以清除这些有害细胞。
这在一定程度上阻止了疾病的发生和扩散。
3.塑造胚胎发育:在胚胎发育过程中,细胞凋亡起着至关重要的作用。
例如,人类胚胎在发育过程中会经历一系列的细胞凋亡过程,以确保身体各部分能够正常形成。
4.防止过度生长:细胞凋亡能够防止生物体过度生长。
例如,当手指或脚趾末端受到损伤时,周围的细胞会通过凋亡机制进行自我毁灭,以防止伤口处过度生长形成赘生物。
5.参与免疫反应:细胞凋亡在免疫反应中也起着关键作用。
当体内出现病原体(如病毒、细菌等)时,免疫系统会通过激活细胞凋亡机制来清除这些病原体及其宿主细胞。
这有助于保护生物体免受感染和疾病侵害。
6.保持组织更新:在成年阶段,人体需要不断更新和修复受损的组织。
细胞凋亡周期
3细胞凋亡之 caspase检测
• 背景知识
– 细胞凋亡过程中,胞内主要蛋白通常被降解,调节这一过程 的蛋白叫做Caspase(半胱氨酸-天冬氨酸蛋白酶) – Caspase 3是参与DNA维护和调控细胞的重要组分,即Caspase 3激活==细胞凋亡
细胞凋亡之 凋亡相关酶检测
名称
Caspase-1
品牌
CST CST
细胞凋亡之 caspase-3
Jurkat T-Cells
6 µM camptothecin for 4 h
untreated
细胞凋亡之 caspase-3
Jurkat T-Cells
Mouse Thymocytes
固定、破膜过程
细胞凋亡之 caspase-3
产品编号
9602S
原理:JC-1有有单体和多聚体两种存在形式,高浓度时多聚体,发红色荧光(FL2检测), 低浓度时单体形式,发绿色荧光(FL-1检测)。 正常细胞:膜电位正常,JC-1靠线粒体膜极性进入线粒体内,随浓度升高多聚体,红光 凋亡细胞:线粒体膜电位去极化,JC-1从线粒体释放,浓度降低,转为单体,绿光 通过检测绿色和红色荧光:
细胞
检测方法
免疫荧光
TUNEL法 Annexin V/PI Caspase 通路 线粒体膜电位
核酸
细胞膜 胞内通路
线粒体
细胞生命活动之:细胞周期
2.1细胞周期
细胞从一次分裂完成开始到下一次分裂结束所经历的全过程,分为 间期与分裂期两个阶段。
2.1.1细胞周期检测原理
利用特殊的荧光染料(PI等)与 细胞内DNA碱基结合,被这些 荧光染料染色的细胞在激光 照射下发射出荧光,荧光强 度与DNA含量成正比。流式细 胞仪通过测定细胞的荧光强 度推算出细胞的DNA含量。
程序性细胞死亡方式简述
程序性细胞死亡方式简述
细胞死亡是生物体正常的代谢过程,其可以通过不同的途径实现。
其中,程序性细胞死亡(Programmed cell death, PCD)是一种由基因调控的细胞死亡方式,其在调节个体发育、维持组织稳态、排除病原体和预防肿瘤等方面起着重要的作用。
本文将简述几种常见的程序性细胞死亡方式。
1. 细胞凋亡
细胞凋亡(Apoptosis)是一种普遍存在于多种生物体内的细胞死亡方式。
通常认为,凋亡是由内源性途径激活caspase家族蛋白酶而发生的。
在细胞凋亡过程中,凋亡信号通过凋亡激发复合物(Apoptosome)的形成途径激活半胱氨酸天冬酶样caspase蛋白酶,导致细胞核DNA断裂、细胞质膜破裂和内质网的溶解等后期现象,最终导致细胞死亡。
2. 灌注性细胞死亡
灌注性细胞死亡(Necroptosis)是一种程序性的非凋亡性细胞死亡方式。
灌注性细胞死亡的特点是:受损细胞内源性化学因子信号的产生和导致液泡膜破裂、淀粉样物质的渗漏等细胞损伤过程中,激活RIPK1蛋白酶并产生线粒体膜的前体,导致细胞坏死的发生。
3. 坏死型细胞死亡
坏死型细胞死亡(Necrosis)是另一种非程序性的细胞死亡方式。
相比于凋亡和灌注性细胞死亡,坏死型细胞死亡没有明确的信号传递和地方喜悦强制抑制等特征。
在坏死型细胞死亡过程中,细胞质膜和核膜破裂,吞噬碎片的发生、炎症的产生等后期现象,最终导致细胞溃烂。
总之,细胞死亡是人体内一种普遍存在的生理现象。
程序性细胞死亡方式是一种非常重要的细胞饮食代谢过程,它可以调节细胞的发育、生长及繁殖,并且在维持生物组织正常功能和防止疾病方面具有重要的作用。
apoptosis 指标
apoptosis 指标摘要:1.介绍apoptosis 指标2.apoptosis 指标的重要性3.apoptosis 指标的应用领域4.apoptosis 指标的实际应用案例5.总结正文:1.介绍apoptosis 指标Apoptosis 指标,又称为细胞凋亡指标,是一种衡量细胞死亡数量的生化指标。
细胞凋亡是一种重要的生物学现象,对于生物体的发育、组织修复和免疫应答等过程具有重要作用。
apoptosis 指标能够反映细胞凋亡的发生程度,从而为研究细胞凋亡相关疾病提供有力的工具。
2.apoptosis 指标的重要性Apoptosis 指标的重要性体现在以下几个方面:首先,细胞凋亡异常与许多疾病的发生发展密切相关,如肿瘤、神经退行性疾病、免疫性疾病等。
通过检测apoptosis 指标,可以了解细胞凋亡的活跃程度,从而为疾病的诊断、治疗和预后评估提供依据。
其次,apoptosis 指标对于药物筛选和评价药物安全性具有重要意义。
药物诱导的细胞凋亡是药物作用机制之一,通过检测apoptosis 指标,可以快速评估药物的疗效和安全性。
3.apoptosis 指标的应用领域Apoptosis 指标广泛应用于基础研究、临床医学、药物研发等领域。
在基础研究领域,科学家们通过研究细胞凋亡的调控机制,揭示生命现象的本质规律;在临床医学领域,apoptosis 指标可以帮助医生诊断疾病、评估病情严重程度、预测疾病进展和评价治疗效果;在药物研发领域,apoptosis 指标可以为新药的研发、筛选和评价提供数据支持。
4.apoptosis 指标的实际应用案例以肿瘤治疗为例,apoptosis 指标在肿瘤治疗中的应用具有重要价值。
肿瘤细胞具有高度异常的细胞凋亡现象,因此,通过检测肿瘤组织中的apoptosis 指标,可以评估肿瘤治疗的疗效。
研究发现,肿瘤组织中apoptosis 指标的水平与肿瘤患者的生存期和预后密切相关。
细胞生物学技术-细胞凋亡
例:强烈应激反应 糖皮质激素
淋巴细胞凋亡
病原体:细菌、病毒等。例:HIV
(2)抑制因素(抑制细胞凋亡)
CD4+T细胞凋亡
细胞生长因子:如IL-2 、神经生长因子
激素 例:ACTH
肾上腺皮质细胞凋亡
其他:如Zn2+、药物、某些病毒等
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细胞凋亡信号的转导
凋亡诱导因素 作用于 细胞 转化为 凋亡信号 胞内信号转导途径 激活细胞死亡程序
➢ (3)凋亡小体的形成。核膜核仁破碎,核染色质断裂为大小 不等的片段,与某些细胞器如线粒体一起聚集,为反折的细 胞膜所包围;
➢ (4)凋亡小体逐渐被周围专职或非专职吞噬细胞吞噬。
7
细胞凋亡DNA的片段化
8
细胞凋亡的过程及机理
➢ 接受凋亡信号
➢ 凋亡调控分子间的相互作用
➢ 蛋白水解酶(caspases)的活化
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细胞内氧化还原状态改变的检测
• 当细胞内GSH的排除非常活跃时,细胞液就由还原环境转为氧 化环境,这可能导致了凋亡早期细胞线粒体膜电位的降低,从 而使细胞色素C(三羧酸循环中的重要组分)从线粒体内转移 到细胞液中,启动凋亡效应器caspase的级联反应。
• 由于 GSH与氧化还原作用及线粒体功能密切相关,此项检测除 了对研究细胞凋亡的起始非常有用外,还可用于心脏病、中风 等疾病治疗的研究。但有些细胞如:HeLa 和3T3细胞凋亡时没 有明显的GSH水平的变化,不能用此法检测。
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线粒体膜势能(DYmt)的检测
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Caspase家族的结构与分类
ICE亚类Caspase蛋白酶:ICE(白介素1转换酶) 是单核细胞来源的参与成熟的一种蛋白酶,参与 凋亡,但不起主要作用: Caspase-1,Caspase-4, Caspase-5, Caspase-11,Caspase-12,Caspase13, Caspase-14。
细胞凋亡(Apoptosis)信号通路
细胞凋亡(Apoptosis)是生物界广泛存在的一种基本生命现象,如同细胞生长、发育、增殖一样,起着十分重要的作用。
目前认为,诱导凋亡的细胞外刺激必须通过细胞内一系列信号传递,造成DNA选择性的在核小体之间断裂是其重要标志之一。
该名词在20世纪70年代被首次提出,指的是在生理或某些病理条件下由基因控制的一种单个细胞温和死亡形式。
多细胞生物在发生、发展过程中,为了保持正常的生理机能,一部分的细胞发生自发性细胞死亡,这种细胞死亡是被细胞内一系列相关的分子所调控,并伴随有典型的形态学改变,这种现象被称为细胞凋亡。
细胞凋亡是指细胞在一定的生理或病理条件下,受内在遗传机制的控制自动结束生命的过程。
而细胞程序性死亡(programmed cell death,PCD)是指生物在发育过程中对一定生理刺激的反应性死亡,它需要一定基因表达。
凋亡是对细胞死亡过程中一系列固定模式的形态变化的描述,而PCD则是侧重功能上的概念。
两者有差异,但常混为一谈。
细胞凋亡(Apptosis)或程序化细胞死亡(programmed cell death,PCD),是多细胞有机体为调控机体发育,维护内环境稳定Pb基因控制的细胞主动死亡过程。
目前,细胞自发退化死亡现象有种种命名。
较为常用的是程序化细胞死亡(Pr08Nmmed celld6ath,PcD),最初用于胚胎发育方面。
胚胎分化过程中特定部位的细胞自发退化死亡是由于该部位的细胞内基因按一定程序表达的结果,又称基因指令性细胞死亡、生理性细胞死、自然发生细胞死亡、细胞舍生、凋亡或细胞凋亡等。
细胞凋亡是以细胞核浓缩、染色体DNA被以核小体为单位切成梯状片段(ladder)、细胞缩小,最终形成细胞凋亡小体等形态变化为特征。
不引起周围细胞的溶解。
细胞凋亡是在细胞群中散发,阶段性进行,并且依存于ATP的供给和RNA、蛋白质的合成,是主动排除机制。
不仅在个体发育时和卵细胞退缩等生理状态下可观察到,而且在自身免疫性疾病、神经变质性疾病、缺血性疾病等很多疾病及病理状态下也可观察到。
细胞凋亡
1. 大分子染色体DNA片段的测定 细胞凋亡的早期,染色体断裂成为50~300kbp长的 DNA大片段。所有超过一定分子量大小的双链DNA分子 在琼脂糖凝胶中的迁移速度相同。线性DNA的双螺旋半 径超过凝胶半径时,即达到分辨力的极限。此时凝胶不 再按分子量的大小来筛分DNA,DNA像通过弯管一样, 以其一端指向电场一极而通过凝胶,这种迁移模式称之 为"爬行"。因此,细胞凋亡早期产生的50~300kbp长的 DNA大片段不能用普通的琼脂糖凝胶电泳来分离。通常 采用脉冲电泳技术可圆满地解决这一问题。
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检测膜电位。
四、DNA片断化检测 细胞凋亡时主要的生 化特征是其染色质发生浓缩, 染色质DNA在核小 体单位之间的连接处断裂, 形成50~300kbp长的 DNA大片段, 或180~200bp整数倍的寡核苷酸片 段, 在凝胶电泳上表现为梯形电泳图谱(DNA ladder)。细胞经处理后,采用常规方法分离提纯 DNA,进行琼脂糖凝胶和溴化乙啶染色,在凋 亡细胞群中可观察到典型的DNA ladder。如果细 胞量很少,还可在分离提纯DNA后,用32P-ATP 和脱氧核糖核苷酸末端转移酶(TdT)使DNA标 记,然后进行电泳和放射自显影,观察凋亡细 胞中DNA ladder的形成。
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apoptosis细胞凋亡
13.3 Apoptosis Depends on an Intracellular Proteolytic Cascade That Is Mediated by Caspases
• The Intracellular machinery responsible for apoptosis is similar in all animal cells. It depends on a family of proteases that have a cysteine at their active site and cleave their target proteins at specific aspartic acids.
Normal Cell
Apoptotic Cell
The Procedure of Apoptosis
◆Early stage of apoptosis凋亡的起始: 细胞表面的特化结构如微绒 毛消失,细胞间接触的消失,但细胞膜依然完整;线粒体大体完整, 但核糖体逐渐从内质网上脱离,内质网囊腔膨胀,并逐渐与质膜融合; 染色质固缩,形成新月形帽状结构等形态,沿着核膜分布 ◆Forming apoptotic body凋亡小体的形成:核染色质断裂为大小不 等的片段,与某些细胞器如线粒体一起聚集,为反折的细胞质膜所包 围。细胞表面产生了许多泡状或芽状突起,逐渐形成单个的凋亡小体
• Caspases: c for cysterine and asp for aspartic acid.
• Caspases are synthesized in the cell as inactive precursors, or procaspases, which is typically activated by proteolytic cleavage.
细胞凋亡检测(Annexin-V-FITC 单染法)(Assay of Cell Apoptosis)
细胞凋亡检测(Annexin-V-FITC 单染法)(Assay of CellApoptosis)2010-05-25 20:06:41 来源:易生物实验浏览次数:197 网友评论0 条细胞凋亡或称程序性细胞死亡(Programmed Cell Death ,PCD)是细胞的生命现象之一,它在机体的胚胎发育、组织修复及自身反应性T淋巴细胞的清除等方面起着十分重要的作用。
细胞凋亡调节的失控可导致临床各种疾病的发生。
如老年性痴呆与神经细胞凋亡过度有关,自身免疫性疾病和肿瘤与细胞凋亡的抑制有关。
细胞凋亡有别于细胞坏死,它有一系列的细胞形态学和生物化学的改变,包括出现染色质浓缩、DNA降解、凋亡小体形成等。
关键词:细胞检测单染法细胞凋亡检测Annexin-V-FITCAssayCellApoptosis一、实验原理细胞凋亡或称程序性细胞死亡(Programmed Cell Death ,PCD)是细胞的生命现象之一,它在机体的胚胎发育、组织修复及自身反应性T淋巴细胞的清除等方面起着十分重要的作用。
细胞凋亡调节的失控可导致临床各种疾病的发生。
如老年性痴呆与神经细胞凋亡过度有关,自身免疫性疾病和肿瘤与细胞凋亡的抑制有关。
细胞凋亡有别于细胞坏死,它有一系列的细胞形态学和生物化学的改变,包括出现染色质浓缩、DNA降解、凋亡小体形成等。
在正常的活细胞,磷脂酰丝氨酸(phosphotidylserine,PS)位于细胞膜的内侧,但在凋亡的细胞,PS 从细胞膜的内侧翻转到细胞膜的表面,暴露在细胞外环境中。
Annexin-Ⅴ(膜联蛋白-V)是一种分子量为35-36KD的Ca2+ 依赖性磷脂结合蛋白,能与PS高亲和力结合。
因此将Annexin-Ⅴ进行荧光素(如FITC、PE)或生物素(Biotin)标记,以标记了的Annexin-Ⅴ作为探针,利用流式细胞仪或荧光显微镜可检测细胞凋亡的发生。
二、实验仪器和材料Annexin V-FITC(膜联蛋白-V-FITC)500μl/250μl 20μg/ml标记缓冲液(Binding Buffe)r 40/20 mlPBS(1×)60/30 ml20μl , 200μl , and 1000μl 移液器和吸头微量离心管可调速离心机载玻片(用于荧光显微镜观察)盖玻片(用于荧光显微镜观察)去离子水冰块流式细胞仪或荧光显微镜三、实验方法1.凋亡细胞的制备:小鼠腹腔注射地塞米松25mg/kg体重,10h后解剖取胸腺,分离胸腺细胞。
细胞凋亡
第一节概述一、细胞凋亡的概念细胞死亡(apoptosis)是每一个细胞必经之道,而细胞凋亡是最常用的细胞死亡机制。
在多细胞个体中生命期的每个时期,细胞凋亡都是组织动力学的基本机制。
不仅在多细胞个体中不可缺,甚至有一些单细胞个体也会出现或多或少的细胞凋亡特征。
在希腊文中,apoptosis这个字是用来描述树叶从枝头掉落的状态。
细胞凋亡(apoptosis)首先被Kerr等于1972年用来描述一种与细胞坏死(necrosis)不同的、其过程被严密控制的细胞死亡机制。
事实上,早在1885年Flemming就曾发表了卵巢滤泡细胞的细胞凋亡形态特征,当时他命名其为染色质溶解(chromatolysis)。
虽然细胞凋亡现在被全世界的学者研究得如火如荼,他当时的描绘并未使学者们注意到这是一个与细胞坏死不同的细胞死亡机制。
从chromatolysis到apoptosis的被提出,这个现象被忽视了将近一个世纪。
细胞凋亡概念提出至今还不到30年的时间,但由于它在保证多细胞生物的健康生存过程中扮演着关键角色,对个体的正常发育及细胞凋亡紊乱在病理学研究中的重要作用,引起了人们对其机制和组分的广泛而深入地研究,成为目前生命科学界最为热门话题之一,也是生命科学界乃至社会各界争相投入的研究领域。
(如图8-1)图8-1 近三十年来研究细胞凋亡的论文那么什么是细胞凋亡呢?细胞凋亡(apoptosis)是在体内外因素诱导下,由基因严格调控而发生的一种生理性细胞自杀过程,又称程序性细胞死亡(programmd cell death.PCD)。
它是一个主动的,高度有序的,基因控制的,一系列酶参与的过程。
它是一个不同于细胞坏死的一种细胞死亡形式。
二、主要变化(-)形态学变化1、细胞膜的变化①微绒毛、细胞突起和细胞表面皱褶消失。
②胞膜迅速发生空泡化(blebbing),内质网不断扩张并与胞膜融合,形成膜表面的芽状突起,称为出芽(budding)。
细胞凋亡
Caspase的效应机制
凋亡细胞的特征性表现,包括DNA裂解为 200bp左右的片段,染色质浓缩,细胞膜活化,细 胞皱缩,最后形成由细胞膜包裹的凋亡小体,然 后,这些凋亡小体被其他细胞所吞噬。 破坏细胞抗凋亡因素 破坏细胞结构 影响核酸的结构与功能
破坏细胞抗凋亡因素
正常活细胞因核酸酶处于无活性状态,这是由于核酸酶和抑制物结合在 一起,如抑制物被破坏,核酸酶即可激活,引起DNA片段化。现知 caspase可以裂解这种抑制物而激活核酸酶,因而把这种酶称为Caspase 激活的脱氧核糖核酸酶(caspase-activated deoxyribonulease CAD), 而把它的抑制物称为ICAD。有意义的是CAD只在ICAD存在时才能合成并 显示活性,因而ICAD对CAD的活化与抑制是必需要的。
细胞凋亡DNA的片段化
凋亡相关因素
诱导性因素:激素和生长因子失衡 理化因素:高温、强酸、强碱、抗癌药物 免疫性因素 微生物学因素:细菌、病毒 抑制性因素:细胞因子:IL-2,神经生长因子 某些激素 某些二价金属阳离子、药物 凋亡的基因调控 抑制凋亡基因:Bcl-2,EIB, IAP 促进凋亡基因:P53,Bax,ICE 双向调控基因:c-myc,Bcl-x
RIP:受体相互作用蛋白
CRADD:含有死亡结构域的caspase和RIP接头蛋白 MADD:活化MAP激酶的死亡结构域蛋白
(一) 细胞凋亡的膜受体通路
FASL+FAS
+FADD
凋亡诱导复合物(DISC) 胞质中游离的caspase8聚集到这个复合物上
细胞有足够caspase8
细胞凋亡详解-附过程示意图
细胞凋亡细胞凋亡(apoptosis)指为维持内环境稳定,由基因控制的细胞自主的有序的死亡。
细胞凋亡与细胞坏死不同,细胞凋亡不是一件被动的过程,而是主动过程,它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用,它并不是病理条件下,自体损伤的一种现象,而是为更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程。
中文名细胞凋亡外文名ApoptosisApoptosis 美[ˌæpɔpˈtoʊsɪz] n.程序性细胞死亡,细胞凋落,细胞凋亡a type of cell death in which the cell uses specialized cellular machinery to kill itself人体内的细胞注定是要死亡的,有些死亡是生理性的,有些死亡则是病理性的,有关细胞死亡过程的研究,已成为生物学、医学研究的一个热点。
人们已经知道细胞的死亡起码有两种方式,即细胞坏死与细胞凋亡(apoptosis)。
细胞坏死是早已被认识到的一种细胞死亡方式,而细胞凋亡则是逐渐被认识的一种细胞死亡方式。
细胞凋亡是细胞的一种基本生物学现象,在多细胞生物去除不需要的或异常的细胞中起着必要的作用。
它在生物体的进化、内环境的稳定以及多个系统的发育中起着重要的作用。
细胞凋亡不仅是一种特殊的细胞死亡类型,而且具有重要的生物学意义及复杂的分子生物学机制。
凋亡是多基因严格控制的过程。
这些基因在种属之间非常保守,如Bcl-2家族、caspase家族、癌基因如C-myc、抑癌基因P53等,随着分子生物学技术的发展对多种细胞凋亡的过程有了相当的认识,但是迄今为止凋亡过程确切机制尚不完全清楚。
而凋亡过程的紊乱可能与许多疾病的发生有直接或间接的关系。
如肿瘤、自身免疫性疾病等,能够诱发细胞凋亡的因素很多,如射线、药物等。
人的部分生理结构属于自然凋亡,如人的有尾阶段,尾部在发育过程中自动凋亡。
研究历史1.凋亡概念的形成1965年澳大利亚科学家发现,结扎鼠门静脉后,电镜观察到肝实质组织中有一些散在的死亡细胞,这些细胞的溶酶体并未被破坏,显然不同于细胞坏死。
细胞凋亡的名词解释
细胞凋亡的名词解释细胞凋亡(Apoptosis)是指细胞根据内外环境的信号,主动通过程序性死亡而发生的一种正常生理现象。
它是维持机体稳态和正常发育的重要过程,也是机体排除异常和损伤细胞的一种主要途径。
细胞凋亡最早由美国细胞生物学家约翰·凯尔曼(John Kerr)等人在1972年提出,并在1981年正式命名为“凋亡”。
凋亡是一种高度有序、可逆或不可逆的细胞死亡过程。
与坏死相比,凋亡在细胞形态和功能上表现出明显的特点,其中包括细胞体积减小、胞质收缩、核碎裂、脱落形成细胞碎片等。
凋亡通常包括两个主要的途径:外源性途径(外生途径)和内源性途径(内生途径)。
外源性途径是指细胞外的信号作用于细胞膜上的受体,通过引发信号转导途径,使细胞内形成“死亡因子(Death factor)”,该因子会激活半胱氨酸蛋白酶家族的半胱酸蛋白酶(Caspases),进而启动细胞凋亡。
外源性途径的一个重要例子是免疫细胞通过受体与抗原结合,释放细胞毒性物质如穿孔素,对抗原或感染细胞进行杀伤。
内源性途径是指细胞内部的自身调控机制对凋亡的调控和实施,它包括两个主要的信号通路:线粒体通路和细胞浆通路。
线粒体通路在细胞内部被称为“细胞的生命之火”,是主要的凋亡调节途径。
线粒体膜受到外部刺激时,线粒体膜电位失去正常,使细胞内线粒体内膜通道开放,释放出大量的细胞色素C,激活Caspases,介导细胞凋亡。
细胞浆通路是通过Caspases的活化引导细胞凋亡的。
Caspases是一类半胱氨酸蛋白酶,它们在细胞凋亡中发挥着重要的调控作用。
细胞浆通路主要包括Caspase-8途径和Caspase-9途径。
Caspase-8途径主要是由细胞外的死亡受体通过配体结合激活,进而激活Caspase-3和Caspase-7,最终引发细胞凋亡。
Caspase-9途径主要与线粒体通路有关,它可以被线粒体释放的细胞色素C和凋亡蛋白激活,从而激活Caspase-3。
细胞衰老(senescence)和凋亡(apoptosis)
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发育过程中伴随器官 形成出现细胞凋亡
The developing mouse embryo is an exquisite molecular sculpture. Digits and organs are shaped by a programmed cell death and caspaseindependent pathway as well.
组蛋白去乙酰酶 (HDACs) 在衰老中的作用
HDAC活性水平提高与细胞衰老有关,当我们过表达一种组蛋白 乙酰转移酶p300变异蛋白,或加入HDACs,或加入一种特殊的 p300 化学抑制因子时,发现正常人类细胞出现不可逆转的生长停 滞和衰老。
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染色质重塑和衰老
在 p53, Rb, 和 ING (生长抑制因子) 信号通路中的基 因可通过使染色质重塑影响细胞衰老状态和调控基 因表达。
保护染色体末端不受伤害,并抑制由损伤 DNA产生的凋亡信号。
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端粒
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端粒的机能障碍导致癌症
Oxidative stress
X-rays UV
Telomere dysfunction
DNA damage
Others Oxidative stress
Stem Cell
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p53 – 基因调控蛋白 – 促进使细胞周期停滞的基因转录 – 使防止细胞衰老的信号通路失活 – 几乎所有癌症中都出现该基因缺失
pRb/P16 – 肿瘤抑制因子 – 完整的信号通路预防癌症产生 – 当DNA 3’ 端为单链形式时,与其同源序列结合, 激活p53 和pRb信号通路,并与TRF2一起诱导细 胞凋亡。
细胞凋亡(apoptosis)的检测
细胞凋亡(apoptosis)的检测细胞凋亡(apoptosis)是一种由基因控制的细胞自主性死亡方式。
其发生诱因及形态学特征均有别于坏死,与人类免疫系统的发生发展、神经组织发育、器官的形成、肿瘤的发生发展等诸多生物学现象之间有着密切联系,并且是免疫应答过程中免疫细胞的杀伤机制之一。
细胞凋亡的检测技术已成为免疫学检测的一个重要内容。
凋亡细胞具有典型的形态学、生物化学及分子生物学变化,从这些特点出发发展起来的检测方法有形态学鉴定、电泳法、免疫学方法、流式细胞术、原位末端转移酶标记技术、靶细胞DNA片段的定量等。
(一)放线菌酮制备大鼠淋巴细胞凋亡模型【原理及意义】放线菌酮(CHX)是一种蛋白合成抑制剂,可诱导小鼠和大鼠的脾、粘膜免疫系统及淋巴结的淋巴细胞发生凋亡。
此实验旨在体外研究淋巴细胞凋亡的生物学特征。
【材料】1动物:昆明种小白鼠,大鼠。
2试剂:PBS缓冲的4%多聚甲醛或2.5%的戊二醛,放线菌酮(用PBS或生理盐水配成1m g/mL的浓度,除菌过滤,4℃冰箱保存)。
3器材:眼科镊,眼科剪,剪刀,玻片。
【方法】1大鼠用乙醚麻醉后,从腹腔(静脉或皮下)给大鼠注射3mg/kg体重CHX。
2注射2h后,取大鼠脾脏(肠或子宫亦可)等组织,剪成一定大小的组织块,固定于固定液中。
3固定组织经HE染色作光镜检查或电镜检查。
【结果】一般在注射后不久就可在脾及其它粘膜免疫系统出现大量凋亡的淋巴细胞(以B淋巴细胞为主)。
经HE染色后在光学显微镜下细胞核呈蓝黑色,胞浆呈淡红色。
凋亡细胞在组织中单个散在分布,表现为核染色质致密浓缩,核碎裂等。
坏死组织则呈均质红染的无结构物质,核染色消失。
【注意事项】由于机体内巨噬细胞对凋亡细胞的清除作用,凋亡细胞形成的高峰期在3h左右,在5h后组织内凋亡细胞已经很少,所以取材最好不要超过4h。
另外,放线菌酮的剂量要控制在2~5 mg/kg体重。
制备成功的模型一般比较稳定。
(二)活化诱导的淋巴细胞凋亡检测【原理及意义】活化诱导的淋巴细胞凋亡(AICD)是免疫调节的重要途径之一。
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Two distinct forms of cell death:பைடு நூலகம்apoptosis and necrosis坏死
These electron micrographs show cells that have died by apoptosis (A and B) or by a type of accidental cell death called necrosis (C). The cells in (A) and (C) died in a culture dish, whereas the cell in (B) died in developing tissue and has been ehgulfed by a phagocytic cell. Note that the cells in (A) and (B) have condensed but seem relatively intact, whereas the cell in (C) seems to have exploded. The large vacuoles visible in the cytoplasm of the cell in (A) are a
13.2 Apoptotic Cells Are Morphological and Biochemically Recognizable
Markers of apoptosis – DNA ladder
Cleavage of nuclear DNA into a characteristic ladder pattern of fragments. Mouse thymus lymphocytes were treated with an antibody against the cellsurfuce death receptor Fas, inducing the cells to undergo apoptosis. After various times, DNA was extracted, and the fragments were separated by size by electrophoresis in an agarose gel and stained ethidium bromide.
Sculpting the digits in the developing mouse paw by apoptosis. (A) The paw in this mouse fetus has been stained with a dye that specifically labels cells that have undergone apoptosis. The apoptotic cells appear as bright green dots between the developing digits. (B) The interdigital cell death has eliminated the tissue between the developing digits, as seen one day later, when there are very few apoptotic cells. (From W. Wood et al., Development 2000)
Normal Cell
Apoptotic Cell
The Procedure of Apoptosis
◆Early stage of apoptosis凋亡的起始: 细胞表面的特化结构如微绒
毛消失,细胞间接触的消失,但细胞膜依然完整;线粒体大体完整,
但核糖体逐渐从内质网上脱离,内质网囊腔膨胀,并逐渐与质膜融合; 染色质固缩,形成新月形帽状结构等形态,沿着核膜分布
The role of survival factors and cell death in adjusting the number of developing nerve cells to the amount of target tissue
More nerve cells are produced than can be supported by the limited amount of survival factors released by the target cells. Therefore, some cells receive an insufficient amount of survival factors to avoid apoptosis. This strategy of overproduction followed by culling ensures that all target cells are contacted by nerve cells and that the extra nerve cells are automatically eliminated.
13.1 PCD Eliminates Unwanted Cells
Apoptosis during the metamorphosis if a tadpole into a frog
As a tadpole changes into a frog, the cells in the tadpole tail are induced to undergo apoptosis; as a consequence, the tail is lost. An increase in thyroid hormone in the blood stimulates all the changes that occur during metamorphosis, including apoptosis in the tail.
13.3 Apoptosis Depends on an Intracellular Proteolytic Cascade That Is Mediated by Caspases
• The Intracellular machinery responsible for apoptosis is similar in all animal cells. It depends on a family of proteases that have a cysteine at their active site and cleave their target proteins at specific aspartic acids. • Caspases: c for cysterine and asp for aspartic acid. • Caspases are synthesized in the cell as inactive precursors, or procaspases, which is typically activated by proteolytic cleavage.
Delorme et al., Plant Physi 2000
13.2 Apoptotic Cells Are Morphological and Biochemically Recognizable
Normal Cell
Apoptotic Cell
DNA fragmentation during the process of apoptosis
Characterization of Apoptosis
• Cells die by murder or suicide by an active process of programmed cell death, characterized by cleavage of chromosomal DNA, chromatin condensation, and fragmentation of both the nucleus and the cell. Programmed cell death play a key role both in the maintenance of adult tissues and in embryonic development. • In contrast to the accidental death of cells resulting from an acute injury, programmed cell death takes place by an active process and Genes responsible for both the regulation and execution of apoptosis are conserved from nematodes to humans.
◆Forming apoptotic body凋亡小体的形成:核染色质断裂为大小不
等的片段,与某些细胞器如线粒体一起聚集,为反折的细胞质膜所包 围。细胞表面产生了许多泡状或芽状突起,逐渐形成单个的凋亡小体
◆Apoptotic body are phagocytosed by surrounding cells吞噬.
TUNEL technique
TUNEL was used to label the cut ends of DNA fragments in the nuclei of apoptotic cells in a tissue section of a developing chick leg bud; this cross section through the skin and underlying drawing. The procedure is called the TUNEL (TDT-mediated dUTP nick end labeling) technique because the enzyme terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT) adds chains of labeled deoxynucleotide (dUTP) to the 3’OH ends of DNA fragments. (Zuzarte-Luis and Hurle, Int. J. Dev. Biol. 2002)