细胞凋亡和免疫06584

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蛋白水解酶(caspases)的活化
凋亡的级联反应
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免疫相关的凋亡信号途径 死亡受体介导的信号途径 线粒体途径 颗粒酶B途径(CTL特有)
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死亡受体通路、线粒体通路
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细胞凋亡涉及的共同通路
其中膜受体和线粒体途径均通过激活含半胱氨
酸的天冬氨酸酶(Caspase)剪切胞内底物 ( Caspase不可逆有限水解底物的级联放大反应过 程),导致凋亡特有的生化和形态学改变。
活化,故该途径也称为Bcl-2介导的线粒体途径。 Bcl-2家族已发现15个成员,所有Bcl-2家族成员均
含有1个或多个BH结构域。
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根据结构和功能分为两类: 抗凋亡/促增殖成员:包括 Bcl-2、 Bcl-xl 等。
机制:可阻止线粒体外膜通透化,从而阻止细胞色
素C的释放,抑制细胞凋亡。 促凋亡成员:包括Bid、Bim、Bad等“BH3only”蛋
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
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破坏细胞抗凋亡因素
正常活细胞内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可以剪切裂解这种抑制物而激活核酸酶,因
有控降解
随机降解
大分子合成 一般需要
不需要
基因调控


后果
不引起炎症反应 引起炎症反应
意义
生理死亡方式
病理死亡方式
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DNA 'ladder
endonucleolytic
DNA fragmentation
nucleosome core histone
DNA
chromatin
180bp
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释放caspase活化因子
细胞色素C:细胞色素C+Apaf-1+ caspase9
AIF(凋亡诱导因子)
Caspase3
Apaf-1:凋亡蛋白酶活化因子
凋亡体
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(2).线粒体通路
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(3).线粒体通路的调控机制
Bcl-2家族(B cell lymphoma/leukemia-2) 因该家族成员可通过改变外膜通透性而调控线粒体
核体积缩小,核仁消失,染色质浓集于核膜内表面下,形 成新月形致密小块。 第二阶段:染色体断裂,核膜与细胞膜均内陷,包裹胞内成分( 胞浆、细胞器、碎裂的染色质及核膜)形成“泡”样结构 ,此为“凋亡小体”。最后,整个细胞均裂解成这种“小体 ”。 第三阶段:凋亡小体被邻近的巨噬、上皮细胞等识别、吞噬 、消化。上述三个阶段维持时间很短,通常在几分钟、十 几分钟内即可完成。
DNA交联蛋白。
由于DNA的作用,这些蛋白功能被抑制,使细胞的增 殖与复制受阻并发生凋亡。
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死亡受体的信号转导
(1).参与死亡受体信号转导的接头蛋白: (死亡结构域蛋白death
domain protein)
TRADD:TNF受体相关死亡结构域蛋白 TNF+TNFRI(死亡结构域)+ TRADD 细胞凋亡
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细胞凋亡涉及的共同通路
Caspase:含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白酶,水 解底物天冬氨酸C端肽键,因此又称之为 Caspases(取英文Cysteine C,aspartic acid , Asp ,proteases的词头)
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✓Caspase家族的结构与分类
ICE亚类Caspase蛋白酶:ICE是单核细胞来源的参与成熟
近年发现的含DED的凋亡抑制蛋白
广泛存在于真核生物、哺乳动物细胞和病毒中
包括:病毒基因编码的FLIP(v-FLIP)
细胞FLIP(c-FLIP):c-FLIPS或c-FLIPL
功能:抑制Caspase8结合到DISC上,从而抑制 起始Caspase激活。
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4.2 线粒体途径
(1).基本环节:
白质和Bax、Bak、Bok等“多BH”蛋白质 机制:影响APAF1的功能 影响线粒体的结构与功能
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IAP(inhibitor of apoptosis,细胞凋亡抑制因子)
IAP超家族的成员较多,共同的特征是含有一个或多个70
个氨基酸的重复序列(BIR),类似于zinc指状Fra Baidu bibliotek结构。 BIR功能域和之间的连接区域介导对caspase的抑制作用,
尾相接的多聚体,由此形成核膜的骨架结构,使染色质 (chromatin)得以形成并进行正常的排列。
在细胞发生凋亡时,核纤层蛋白作为底物被Caspase裂解, 从而使核纤层蛋白崩解,导致细胞染色质的固缩。
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影响核酸的结构与功能
Caspase可作用于多种与DNA、RNA功能有关的蛋白: 如灭活或下调与DNA修复有关的酶、mRNA剪切蛋白和
FADD:Fas相关死亡结构域蛋白
FasL+Fas (死亡结构域) +FADD 细胞凋亡
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
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(2).死亡受体通路
FASL+FAS
受体多聚化和 构像改变
+FADD
凋亡诱导复合物(DISC)
Caspase的活化是有顺序的多步水解的过程,虽然分 子各异,但是它们活化的过程相似。
首先在caspase前体的N-端前肽和大亚基之间的特定位点
被水解去除N-端前肽,然后再在大小亚基之间切割释 放大小亚基,并进而形成两两组成的有活性的四聚体 ,
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✓ 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
DNA片段化 大分子的合成(凋亡相关蛋白质及RNA合成)
tTG(组织转谷氨酰胺酶)的积累并达到较高的水 平。
一种依赖钙离子的酶,当凋亡起始时,Ca++浓 度上升,从而使tTG活化。其作用是保持凋亡小 体的完整性,防止有害物质的逸出。
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Morphological Changes (细胞生物学详讲) 第一阶段:胞体缩小与周围细胞失去联系,细胞器变致密,
The resorption of the tadpole tail at the time of its metamorphosis into a frog occurs by apoptosis.
细胞凋亡参与皮肤更新
2. 细胞凋亡的生物学特征
形态学变化 生物化学变化
胞内Ca++浓度增高
死亡受体/配体
/FADD/Caspase8或10
胞质中游离的caspase8聚集到这个复合物上 细胞有足够caspase8 细胞caspase8浓度不够
死亡受体活化,
细胞凋亡
切割Bid
线粒体途径
tBid从胞质到线粒体
CtyC 释放
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FasL/
/Fas
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(3).死亡受体途径的调控机制
FLIP [FADD-like-IL-1β-convertingenzyme(FLICE) inhibitory protein]
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的。
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破坏细胞结构
Caspase可直接破坏细胞结构:如裂解核纤层 核纤层(Lamin)是由核纤层蛋白通过聚合作用而连成头
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细胞凋亡与细胞程序性死亡
如烟草蛾节间肌肉细胞、哺乳动物某些神经元和红 细胞,它们的程序性死亡是以非凋亡的方式进行。
有时由外源性理化因子刺激诱发的细胞死亡,形态上
似凋亡,但并不是由细胞内原装程序所引发,也不能称 为程序性细胞死亡(如放疗后肿瘤组织坏死等)。
因此细胞凋亡只是程序性死亡的特殊方式。
细胞凋亡的生物学意义:
3. 细胞凋亡的诱导和抑制因素
物理性因子,包括射线(紫外线, 射线等),较温和的温
度刺激(如热激,冷激)等;
化学及生物因子:包括活性氧基团和分子,激素,细胞生 长因子,肿瘤坏死因子(TNF)等。
DNA和蛋白质合成的抑制剂等。
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4.免疫相关的凋亡信号转导
接受凋亡信号 凋亡调控分子间的相互作用
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细胞凋亡时的形态学变化
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细胞凋亡与细胞坏死
特征
细胞凋亡
细胞坏死
诱导因素
生理及弱刺激
强烈刺激
受累范围
单个细胞丢失
成群细胞死亡
膜完整性
保持到晚期
早期即丧失
细胞体积
减少、固缩
增大肿胀
染色质
凝聚成半月形
稀疏成网状
细胞器
无明显变化
肿涨破坏
溶酶体
保持完整
破坏外溢
细胞形状
形成凋亡小体
破裂成碎片
基因组DNA
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一 细胞凋亡概述
1. 基本概念及生物学意义: 凋亡(apoptosis)一词于1972年Kerr(英国阿伯丁大学病 理学教授)引入,是一个希腊语合成词,原意指花瓣或树叶的
自然脱落(Apo脱落+ptosis飘零=Apoptosis)。
基本概念:细胞凋亡是一个“形态学”概念,是对细胞超微
结构观察的基础上得出的特指一种由基因控制、形态学特 征与坏死截然不同的自主性细胞死亡方式。
而环指状结构则具有泛素化蛋白连接酶的作用,介导
caspase-3和-7的泛素化降解作用。
的一种蛋白酶,参与凋亡但不起主要作用;
Caspase1,Caspase4, Caspase5, Caspase11 Caspase12,Caspase13, Caspase14。
凋亡启动亚类Caspase蛋白酶(上游Caspase):
Caspase8, Caspase2, Caspase 9,Caspase10。
凋亡效应亚类Caspase蛋白酶(下游Caspase):
Caspase3, Caspase6, Caspase7
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✓ Caspase家族的特点:
以酶原的形式存在,需要活化:
同源活化和异源活化,活化后形成四聚体的蛋白
水解酶,发挥生物学作用
C端同源区存在半胱氨酸激活位点
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✓ Caspase活化机制:
细胞凋亡和免疫06584
引言
☆细胞凋亡是一种普遍存在的生物学过程 ,它与细胞 增殖、细胞分化都是最重要的生命现象,正是由于细胞 增殖、细胞分化、细胞调亡的相互联系、相互制约的关 系,才保证了生物体的正常发育。
☆正常凋亡过程受阻或某种原因所致不正常的细胞凋亡, 都会使机体出现病症。因此对细胞凋亡的研究有助于某些
细胞凋亡与细胞程序性死亡
细胞程序性死亡(programmed cell death,PCD) PCD最初是1956年发育生物学中提出的概念,是个功能性概念,
一般指生理性细胞死亡。描述在一个多细胞生物体中某些细胞死
亡是个体发育中的一个预定的,并受到严格程序控制的正常组成 部分。
细胞凋亡和程序性死亡具有非常密切地关系。大多数情况下程序性细胞 死亡是以凋亡的方式进行,但并不是所有的程序性死亡都采取凋亡的方 式。
1972年,Kerr,Wylle和Curry在许多正常组织 中观察到一种与经典的细胞坏死形态特征不同 的现象:细胞收缩、细胞碎片、散在不完整细 胞等,据此,他们首次提出apoptosis一词。 国内常译为细胞凋亡、细胞凋落、细胞凋谢、 细胞衰亡等,多数学者倾向于“细胞凋亡”。 强调这一过程是一种自然的生理学过程。
疾病的阐明与治疗。
☆ 细胞凋亡的研究是近年来生命科学中发展起来的热点课题 。早期基于形态学和生物化学,近期则是基于分子生物学技
术从基因调控、信号转导等方面研究。
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主要内容
细胞凋亡概述(基本概念、意义、
生物学特征、调节、信号传递等)
细胞凋亡与免疫生理 细胞凋亡与免疫病理 细胞凋亡的检测方法 细胞凋亡研究相关展望
3. 发挥积极的防御功能(defense reaction):清除病毒感染
细胞等对机体有害的细胞。
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Tissue remodeling.
Sculpting the digits in the developing
mouse paw by apoptosis.
Elimination of transitory organs and tissues.
近年来对细胞凋亡的研究日渐重视,现代研究结果表明:细胞凋亡
1.不仅确是保认正识常细的胞生死长亡过发程育的(d基e础ve,lo而pm且e在nt胚)胎:发清育除、无造用血、、多免余疫、的 乃至细肿胞瘤。形成中都有极为重要的作用。
2. 维持内环境稳定(maintenance of homeostasis) :清除 受损、突变或衰老的细胞。
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