细胞凋亡PPT课件

美国科学杂志《月球》列为20世纪十大科学错误之一 “反应停”事件
Thalidomide/沙立度胺/反应停
威廉· 诺尔斯
野依良治
巴里· 夏普莱斯
2001年诺贝尔化学奖奖金的一半授予美国科学 家威廉· 诺尔斯与日本科学家野依良治，以表彰他们 在“手性催化氢化反应”领域所作出的贡献；奖金 另一半授予美国科学家巴里· 夏普莱斯，以表彰他在 “手性催化氧化反应”领域所取得的成就。
凋亡促进剂，亦可作抑制剂，可与 BCL-2，BCL-X 和 E1B19K 结合
凋亡抑制剂 凋亡促进剂，与 BCL-2 和 BCL-XL 结合 线虫中的凋亡抑制剂， BCL-2 同源物 腺病毒凋亡抑制剂，与 Bax 和 Bak 结合
• Bcl-2抑制细胞凋亡
抗氧化 ↓促凋亡蛋白释放(细胞色素C、AIF) ↓促凋亡蛋白Bax/Bak的细胞毒作用 ↓凋亡蛋白酶(caspases)激活 维持细胞钙稳态
Procaspase 8
dATP
Apaf -1 BID Caspase 8 Procaspase 3
dATP
Procaspase 9
Cytochrome c
Apaf -1 Caspase 9 Cellular targets Caspase 3
apoptosome
Hengartner, M.O. 2000. Nature. 407:770. Green, D. and Kroemer, G. 1998. Trends Cell Biol. 8:267.
坏
5.形态改变 6.凋亡小体 7.DNA变化 8.溶酶体改变 9.炎症反应
死
凋
亡
细胞肿胀 结构溶解，破坏
无
细胞皱缩，核固缩 胞膜/细胞器相对完整
有
弥散性降解 电泳呈均一片状
破裂 局部炎症反应
片段化（180-200bp） 电泳呈“梯”状条带
相对完整 局部无炎症反应
坏死是一件细胞谋杀案的话，那凋亡就是一桩自杀案。
生理性细胞凋亡的作用
1. 确保正常发育、生长 在器官、组织的形成、成熟中发挥作用
(细胞团
多余细胞的清除
具备复杂结构的组织器官)
生理性细胞凋亡的作用
2. 维持内环境的稳定
清除受损、衰老和突变的细胞
(针对自身抗原T细胞的清除、子宫内膜周期性剥脱)
3. 发挥积极的防御作用
病毒DNA
wenku.baidu.com
（一）细胞凋亡的过程
凋亡相关基因
THE 2002 NOBEL PRIZE WINNER
2002年10月7日英国人悉尼· 布雷诺尔、美国人罗伯特· 霍 维茨和英国人约翰· 苏尔斯顿，因在细胞程序性死亡方面的
研究获诺贝尔诺贝尔生理与医学奖。
THE NOBEL DIPlOMA
Sydney Brenner receiving his Nobel Prize from His Majesty the King at the Stockholm Concert Hall. Photo: Hans Mehlin, Nobel e-Museum
凋亡相关基因
2. P53
• 野生型P53(wtP53)诱导凋亡，突变后抑制凋亡
• wtP53在G1期发挥卡点功能→有缺陷DNA→CIP表达 →启动修复→失败→启动凋亡
• CIP-----cyclin dependent kinase – interacting protein-1 • P53 = molecular policeman?
细胞坏死（Necrosis）， 程序性细胞死亡（Programmed cell death）
12000 10000
publications
8000 6000 4000 2000 0 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005
Thirty years on apoptosis
2.线粒体介导的凋亡通路 (1)线粒体膜通透性转换 (permeability transition, PT):
(2)活性氧的作用: (3)细胞内Ca2+、pH改变:
线粒体内、外膜之间的通透性转换孔 (permeability transition pore, PTP) 开放；正常，绝大多数关闭
及部分内质网中。
• 广泛存在于造血细胞、上皮细胞、淋巴细胞、 神经细胞及多种瘤细胞
BCL-2家族成员
基因产物 BCL-2 BCL-x BCL-w Bax Bak MCL-1 Bad Ced-9 E1B19K 功 能 凋亡抑制剂，可和 Bax 及 Bak 结合 其 L 型抑制凋亡， S 型促进凋亡，与 Bax 及 Bak 结合 凋亡抑制剂 凋亡促进剂，可与 BCL-2， BCL-XL ，EIB19 K 结合
凋亡细胞形态学改变
生化特徵：
①胞漿內Ca2 濃度升高。 ②細胞內活性氧增多。 ③質膜通透性變大。 ④ DNA 內切酶活性被激活升高，雙鏈 DNA 在核 小體之間切斷形成 ~185bp 為基數的有序片 段。 ⑤Ⅱ型谷氨酰胺轉移酶和需鈣蛋白酶 （Calpain）活性升高。
2. 细胞凋亡的生化改变
发育过 程中手 和足的 成形过 程
细胞凋亡（科普诗）
•似秋叶的凋零，
•告别生命之辉煌；
•那难以计数的攻击、诱导， •轻启着道道程序， •逼细胞步步走向生命的末端； •啊，活性氧处处肆虐， •钙波涛惊石裂岸， •线粒体把生命之光一点一点拧淡;
•危难中的细胞啊，
•你沉稳不乱，
•DNA片片切割， •化云梯直通天堂； •细胞体分团相聚， •把生命的凝重浓集在小体上； •分别了朝夕相处的伙伴， •再见了快乐美好的时光；
PTP open
Δ Ψm↓
AIF，Apaf
氧化损伤
钙稳态失衡
恶性网络假说(deleterious network hypothesis)
（三）细胞凋亡的执行
1. caspases
•是一组对底物天冬氨酸部位有特异水解 作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶 （cysteine-containing aspartate-spicific protease）至少有13个成员 •“c”代表半胱氨酸蛋白酶 • aspase特异切割底物的天冬氨酸后肽键 的能力
Ced-3 （C.elegans Death Gene)
同源性
鼠的白细胞介素-1β转换酶
ICE (Interleukin-1 β converting enzyme, Caspase 1)
(Ced-3/ ICE )
Ced-9= Bcl-2
inhibit apoptosis
Bcl-2 is the mammalian homologue of CED-9, which is a negative regulator of CED-3. Bcl-2 and related family members, such as Bcl-xL, inhibit cell death induced by many stimuli.
第八章
细胞增殖和凋亡异常与疾病
Cell proliferation, Apoptosis, And The Related Diseases
第一节
细胞凋亡与疾病
APOPTOSIS AND DISEASE
一、细胞凋亡的概述
apoptosis
细胞凋亡(Apoptosis) 早在1972年Kerr等已发现从细胞形态、 超微结构和生化变化等方面来分析，细胞 有二种死亡形式：
激素和生长 因子失衡 理化因素 免疫性因素 微生物学因素
大量糖皮质激素 ↓ 淋巴细胞凋亡
诱导性因素
射线/高温/强酸/强碱 /乙醇/抗癌药物 CTL分泌粒酶
HIV→CD4+细胞凋亡
细胞凋亡相关因素
细胞因子 (IL-2/NGF) 激素 (ACTH/睾丸酮/雌激素)
抑制性因素
金属阳离子 (Zn2+ ) 药物 (苯巴比妥/ 半胱氨酸酶抑制剂) 病毒 EB病毒/牛痘病毒
果蝇
3天
家猫
10—12
狗
12 —15
悉尼· 布雷诺尔
秀丽广杆线虫 (Caenorhabditis elegans) 这种长不过1毫米的小生物有几个和人类关 系密切的亲戚：蛔虫和蛲虫就是其中最大名鼎 鼎的两个。
(1)线虫的生命周期很短，它从生到死的全过程只有 3天半，这就使得不间断的观察并追踪每个细胞的演 变成为可能。 (2)雌雄同体成虫成熟后含有959个体细胞和2000个 生殖细胞(最常见) 雄性成虫则只有1031个体细胞和1000个生殖细胞(较 少见) (3)再者个数量继续增长的时期，细胞最多时达到 1090（雌雄同体，若是雄虫则为1179）。然而，我 们前面已经提到，完全成熟的成虫只有959个细胞， 那么，多出的131个细胞又到哪里去了？
（二）细胞凋亡信号的转导
外源性途径
内源性途径
1.死亡受体介导的凋亡通路
Death Receptor Pathway
FasL
Mitochondrial Pathway oxidants ceramide others DNA damage
Fas/Apo1 /CD95
D
D
D
D D
Bcl-2
FADD
(5) 正常情况下,细胞内Caspase与其抑制 剂总是共存的,以免Caspase 酶原被意外
激活,对正常细胞造成损伤。
3.其他 谷氨酰胺转移酶，酰基转 移，共价键，骨架蛋白分子间交 联，凋亡小体形成
㈢凋亡相关基因
1. Bcl-2 (B cell lymphoma/leukemia-2)
• 主要分布于线粒体内膜、细胞膜内表面 、核膜
DNA的片段化 蛋白质的降解
典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳呈现梯状条带
① 核酸内切酶激活
Ca 2+ /Mg
2+
Zn 2+
DNA片断化
②
caspase激活
灭 活 凋 亡 抑 制 物
水 解 活 性 蛋 白
水 解 结 构 蛋 白
③ 谷氨酰胺转移酶
凋亡小体形成
二、
细胞凋亡的调控
（一）凋亡信号
㈠细胞凋亡相关因素
（一）细胞坏死(necrosis)
•是细胞受到急性强力伤害时立即出现的反应
•早期表现为细胞膜破坏，线粒体肿胀 •溶酶体破裂,细胞内容物流出, 引起炎症
（二）细胞凋亡(apoptosis)
• 概念：
由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导 致的细胞死亡过程。
例如 蝌蚪尾 的消失
脊椎动 物的神 经系统 的发育
Caspase 特点
(1) 它是一种半胱氨酸蛋白酶,半胱氨酸残
基是其催化活性所必需的;
(2) Caspase 在催化水解底物时,总是在天 冬氨酸(Asp) 残基的C 端裂解底物,即Aspx 肽键断裂;
(3) Caspase 酶原的活性很低,需要切除氨 基端的一段序列才能被激活;
(4)活化的Caspase 能够特异地水解一套 蛋白底物,从而导致细胞凋亡;
凋 亡 诱 因
受体
凋 亡 信 号 转 导
死 亡 信 号
凋 亡 基 因 激 活
DNase活化 ↓ DNA片断
细 胞 凋 亡
凋 亡 细 胞 清 除
cAMP Ca2+ 神经酰胺
Caspases活化 ∶ 巨噬细胞 ↓ 吞噬、分解 凋亡小体形成
（二）凋亡时细胞的主要变化
1. 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)
三、线粒体损伤
• 超微结构基本正常，功能明显↓：
①线粒体内膜通透性↑
②跨膜电位（ΔΨm）↓
③能量合成明显↓
Bcl-2
Ca2 NO 线粒体PTP开放 电子漏 Pro-caspase-9 Pro-caspase-3 Caspase-9 Caspase-3 Apaf Cty.C
Ischemia
Hypoxia Reactive oxygen
AIF
蛋白质水解
Cellapoptosis
Endogenous nuclease
DNA断裂
Bcl-2
线粒体Δ Ψm↓
Caspase 抑制剂
？
PTP开放
AIF
Ca2+
Apaf+Cyt.C
Caspase 9活化 Caspase-3活化 蛋白质水解
核酸内切酶激活
DNA断裂
apoptosis
细胞凋亡
线粒体损伤
•这一切的一切又融入临近的胞体，
•腾出的空间再写生命的篇章。
细胞凋亡与细胞坏死的比较(一)
坏
1.性 质
2.诱 因
死
凋
亡
病理性，非特异性
强烈刺激，随机发生 无 被动过程 无新蛋白合成 不耗能
生理性/病理性，特异性
较弱刺激，非随机发生 有 主动过程 有新蛋白合成 耗能
3.基因调控
4.生化特点
细胞凋亡与细胞坏死的比较(二)