细胞凋亡总结

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天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶caspase ◆自杀性蛋白水解酶即天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶，简称 caspase (cysteine-containing aspartate specific protease)，半胱天 冬蛋白酶; ◆ caspase 的活性位点是半胱氨酸 cysteine ，裂解位点是天冬氨酸 aspartate残基后的肽键。 Caspase活化： ◆Caspase自身以非活化的Pro-caspase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通过自剪接而激活。 ◆活化的半胱天冬蛋白酶可将细胞内的其它蛋白降解，从而引起 apoptosis。
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2 细胞内源信号诱导凋亡途径
●DNA损伤； ●细胞质中Ca2+ 浓度过高； ●极度氧胁迫，产生大量的自由基。
◆正调控信号（促进细胞死亡） 如细胞色素C，凋亡蛋白酶激活因子 Apaf ◆负调控信号 （抑制细胞死亡） 如哺乳动物中的BCL-2和BCL-x蛋白。
细胞内源信号激发 PCD
细胞凋亡的大致过程
哺乳动物细胞中有线虫凋亡基因的同源基因
• 人们发现哺乳类细胞中存在着Ced 3的同源物ICE家族 （interleukin-1b converting enzyme），即Caspase 家族， Caspase 1催化白介素-1b的活化，即从其前体上将IL-1b切割 下来。 • 在大鼠成纤维细胞中过量表达ICE和Ced3都会引起细胞凋亡， 表明了ICE和Ced3在结构和功能上的相似性。
细胞凋亡的生化改变
Ca 2+ /Mg 2+ ① 核酸内切酶激活 ② DNA片断化 ③ caspase激活 Zn 2+
灭活凋亡抑制物 水解活性蛋白
水解结构蛋白
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三、程序性细胞死亡的机理
◆2002年的诺贝尔生理学和医学奖授予了在器官发育和程 序性细胞死亡研究领域中做出奠基性贡献的3位科学家: ●英国的Brenner、Sulston和美国的Horvitz
神经细胞过多会导致脑畸形发育
謝謝大家!
Death is only the beginning!
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受体介导的程序性细胞死亡途径
TRADD (TNFR1 associated death domain) Fas相关死亡结构域蛋白 (Fasassociateddeathdomain, FADD)
动物细胞中蛋白质酶解 级联系统对 PCD的介导
能够被下游caspase切割的靶蛋白
●蛋白激酶 ●切割核纤层蛋白，导致细胞核形成凋亡小体； ●细胞结构蛋白（如骨架蛋白） ●与DNA修复相关的酶类 ●caspase激活的DNase抑制蛋白。
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程序性细胞死亡途径及相关基因
●ced-3、ced-4、ced-9和egl-1 等4个基因构成了线虫执行 死亡的“死亡机器”(death machinery); ●ced-3 和ced-4是细胞杀手; ●ced-9可抵消ced-3和ced-4 的作用，防止细胞被杀死，因 此是存活因子; ●真正的细胞杀手是ced-3而不是ced-4。
雌雄同体的秀丽新小杆线虫
●线虫生命周期短，单个雄虫有1031个体细胞和1000个生殖细胞。 其神经系统有 302 个细胞组成，来自于 407 个前体细胞，这些 前体细胞有105个发生了PCD。 ●Robert Horvitz等通过体细胞突变的方法发现C.elegans细胞中， 有14个基因在凋亡中起作用。
线虫中PCD相关基因
●决定死亡的2个基因： ces-1和ces-2基因 ●执行死亡的4个基因： ced-3、ced-4、ced-9和egl-1基因； ●死亡细胞被吞噬细胞所吞噬的7个基因： ced-1、ced-2、ced-5、ced-6、ced-7、ced-8和ced-10； ●死亡细胞在吞噬体中被降解的基因: 核酸酶基因 nuc-1。
凋亡细胞核酸内切 酶将DNA链切断， 形成bp数为180bp的 整倍数的片断
DNA电泳结果
凋亡细胞DNA链断裂示意图
细胞色素c诱导的凋亡 细胞DNA电泳图 1．细胞色素c诱导0 h 2．细胞色素c诱导1 h 3．细胞色素c诱导2 h 4．细胞色素c诱导3 h 5．细胞色素c诱导4 h 6．阴性对照 7．Marker
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胸 腺 细 胞
正常 凋亡
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胸 腺 细 胞
正常 凋亡
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（二）细胞凋亡的生物化学变化
DNA片段化形成梯状条带 DNA以核小体为单位断裂， 形成180－200bp 或其倍数的片断， 电泳时呈特征性梯状条带。 DNA ladder：鉴定凋亡最可靠方法。
染色体细丝 放大后的核小 体及其连接 正常 凋亡 坏死
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程序性细胞死亡 （programmed cell death，PCD）
凋亡又称为程序性细胞死亡是指细胞在一定的生理或病理条 件下遵循自身的程序自己结束生命的过程。 对机体发育和维持正常生理功能不可缺少： eg：手足成型、神经系统发育（50%细胞凋亡）、杀手细胞对 靶细胞的攻击、细胞更新（人肠和骨每小时10亿细胞凋亡）。
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二、凋亡时细胞的主要变化
（一）细胞凋亡的形态学改变
微绒毛消失 脱水 空泡化 (blebbing) 固缩 (condensation) 出芽 (budding) 染色质边集 (margination) 凋亡小体 (apoptosis body)
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Baidu Nhomakorabea 程序性死亡细胞 的形态结构变化
凋亡细胞形态学改变
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1 胞外信号分子诱导的细胞凋亡途径
凋亡信号通路： 当细胞接受外界凋亡信号分子(如Fas，TNF等)后， 凋亡细胞表面的信号分子受体相互聚集并与细胞内的衔 接蛋白(Adaptor protein)结合； 这些衔接蛋白又募集 Procaspases 聚集在受体部位， Procaspase 相互活化并产生级联反应，使细胞凋亡。
Apoptosis
细胞凋亡
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一、细胞凋亡的概念
●细胞凋亡，Apoptosis，源自于希腊语，原意是指树叶或花的自 然凋落； ●细胞凋亡时，就像树叶或花的自然凋落一样，凋亡的细胞散在 于正常组织细胞中，无炎症反应，不遗留疤痕。 ●死亡的细胞碎片很快被巨噬细胞或邻近细胞清除，不影响其他 细胞的正常功能。 死亡是生命的普遍现象，但细胞死亡并非与机体死亡同步。 正常的组织中也发生细胞死亡，它是维持组织机能和形态 所必需的……
四、PCD在形态建成中起重要作用
如：细胞凋亡参与趾的发育
•
Sculpting the digits in the developing mouse paw by apoptosis（Wood 2000）
蝌蚪向蛙发育的变态 反应中PCD的作用
去除不需要的结构
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PCD对发育中神经细胞数量的调节
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Regulators and effectors of apoptosis
细胞凋亡的途径胞内和胞外有两条：
◆细胞外信号： 激活细胞内各级caspase ◆细胞内信号： 通过线粒体释放细胞色素C，活化凋亡酶激活因子 Apaf-1(apoptotic protease activating factor-1)激活caspase
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哺乳动物细胞中与线虫同源的凋亡基因
• Ced 4的哺乳类同源物则迟迟未能发现，直到1997年，才 被证明是Apaf-1（apoptosis protease activating factor 凋亡 酶活化因子）。 • Ced 9 的哺乳类对应物则较早地被证明是BCL-2，凋亡抑 制因子，能控制细胞色素C的释放。