细胞生物学课件--精简版

我稳定平衡以及抵御外界各种因素的干扰，都起 着非常关键的作用。
� 如蝌蚪尾巴的消失、哺乳动物手和足的形成等过程都伴随
着细胞的凋亡。
细胞凋亡的过程与特征
� 凋亡的起始
� 细胞表面特化结构和细胞间接触消失 ; � 核糖体与内质网脱离, 细胞质皱缩 ; � 染色质固缩 .
� 形成凋亡小体(apoptotic bodies)
�促进细胞凋亡的基因 �抑制细胞凋亡的基因
导的dUTP 缺口末端标记法，terminal
) - mediated dTUP nick deoxynucleotidyl transferase(TdT transferase(TdT) end labeling ) � 荧光素可对凋亡细胞的 DNA的 3 ’端 -OH 断裂
异性的半胱氨酸蛋白酶；
� 其共同特点是将天冬氨酸残基后面的肽键断
开，因而可高度特异性地对某些靶蛋白进行选 择性切割，其结果或使某种蛋白失活、或使某 种蛋白活化。迄今已鉴定出 15 种caspase(表)。
激活的DNase 抑制蛋白:
�Caspase 能将其激活的 DNase 抑制蛋白水解 , 从
而导致 DNase 被激活, 并将核 DNA切割成片段。
� Fas 是一 种介导 细胞凋 亡
研究细胞凋亡的意义
� 揭示细胞凋亡规律，延缓机体细胞的衰亡过程。 � 借助细胞程序性死亡，清除体内有害的细胞群，
的跨膜 蛋白 � TRADD ( TNF rec eptor eptorassoc iated death domain) = 肿瘤 坏死 因子受体 相关 的死 亡结 构域
细胞凋亡（apoptosis ） 诱导 生理性 刺激 膜出芽，芽内含细胞器，膜结构改 形态 变，膜完整性逐步丧失、染色质在 核膜下半月状聚集 特征 细胞缩小、凋亡小体形成、细胞器 完整、周围组织正常 能量依赖，含高度受控的激活或酶 解过程 生化 DNA 断裂发生较早，非随机断裂 /300 kb， bp 或 成 50 50/ 300kb 接着断裂成 180 180bp 特征 其整数倍的片段 核酸内切酶的作用， 有时需大分子 （蛋白质）的合成，有时需基因调 节，有时不需基因调节 生理 单个细胞死亡、 巨噬细胞或邻近细 意义 胞吞噬、无炎症反应 病理性
� Caspase家族与细胞凋亡
缺口进行原位标记，再用荧光显微镜观察。
� 流式细胞仪分析
� 用碘化丙锭使DNA 产生激发荧光，可检测出
-2 家族与细胞凋亡 � Bcl Bcl� p53
与细胞凋亡பைடு நூலகம்
亚二倍体的细胞。
� 细胞凋亡的信号转导
细胞凋亡的两个阶段 � 死亡激活期(activation phase)
� 以往仅把细胞凋亡称为程序性细胞死亡 , 近期研究
及 生理意义
� 细胞凋亡的过程与特征 � 细胞凋亡的诱导与检测方法 � 细胞凋亡的分子机制 � 研究细胞凋亡的意义
认为: 细胞坏死和自噬也是程序性细胞死亡的另外 形式.
� 植物细胞与酵母细胞的程序性死亡
细胞凋亡的概念
� 细胞凋亡(apoptosis)是一个主动的、由基因
DNA修复的抑制并启动 DNA的降解；
� Caspase 9和 3共同参与线粒体有关的细胞凋亡。 � Caspase的活化：Caspase 自身以非活化的前体
c aspase - 7（ICE -LAP3/Mch 3/CMH -1） 执 行者 aspaseICE-
Caspase存在，其激活依赖于其它Caspase在它的 天冬氨酸位点裂解活化或自身活化。(图)
� 染色质断裂 , 细胞核分解; � 细胞器聚集 , 细胞膜出芽. 正常细胞与凋亡细胞的形态比较 a, c 正常的T淋巴细胞；b, d 凋亡的T淋巴细胞
-443 ▲ 3P 3P-
� 凋亡小体被吞噬细胞所吞噬. (图)
-444 ▲ 3P 3P-
诱导细胞凋亡的因子
◆物理因子：包括射线（紫外线，γ 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， DNA 和蛋白质合成抑制剂、激素、细胞生长因子 、肿 瘤坏死因子等。
细胞调亡的生理意义
� 生物发育过程中及成体组织中正常的细胞凋亡，
蝌蚪变态为青蛙的过程中细 胞程序性死亡的作用
蝌蚪尾巴的消失
调控的细胞生理性的自杀行为，是生物体用 来清除病毒、防止其进一步侵染的一种机 制，凋亡细胞将被吞噬细胞所吞噬。
有助于保证细胞只在需要它们的时候和需要它们 活的地方存活。
� 细胞凋亡对多细胞生物个体的正常发育，保持自
如恶性转化或病毒感染的细胞。
� 通过干预细胞程序性死亡，把维持机体正常功能
�
的细胞从程序性死亡中拯救过来。例如通过抑制 神经系统某些细胞群的程序性死亡，防治神经系
-450 ▲ 3P 3P-
统的衰变性或退行性疾病。
细胞凋亡和细胞坏死的比较
细胞坏死及其与细胞凋亡的区别
� 对动物细胞 , 细胞坏死是区别于细胞凋亡的另一
细胞凋亡的检测方法
� 形态学观测
� 台盼蓝染色可使死细胞着色； � 电镜观察细胞内部结构变化。
细胞凋亡的DNA电泳检测
细胞色素C诱导的凋亡 细胞DNA电泳图 1. 诱导 0 h； 2. 诱导 1 h； 3. 诱导 2 h； 4. 诱导 3 h； 5. 诱导 4 h； 6. 阴性对照； 7. Marker ；
� 接受来自细胞内部或外部的死亡信号，并作
以线虫作为模式生物研究细胞凋亡的新发现
� 秀丽新小杆线虫 ( Caenorhabditis elegans )
� 有 1090 个细胞，但在发育过程中死亡了131
以线虫作为模式生物研究细胞凋亡的新发现
� 线虫的细胞死亡是典型的细胞凋亡； � 有15个基因( ce系列)在不同程度上与线虫
�
�
�
p53 在骨髓细胞或上皮细胞中表达可引起细胞凋亡，在肿瘤细 胞内也产生同样的结果，但如丢失p53则这种作用就消失； p53 基因与其它调节细胞凋亡的基因或因子可以相互作用、相 互影响，对细胞生存或凋亡的选择具有重要作用。
-2 、Bcl -xl、 � 一类抑制细胞凋亡，主要有Bcl BclBcl-w、 Mcl -1。如Bcl -2 能阻止细胞色素 c 从线 Bcl BclMclBcl粒体释放到细胞质，从而抑制细胞凋亡。
�
-2 蛋白家族中促 Bad 是 Bcl Bcl进细胞凋亡的因子之一,是 胞内信号激发凋亡。 Apaf (apoptotic protease proteaseactivating factor) 凋亡蛋白 酶激活因子, 促进凋亡
p53基因 ── 促进细胞凋亡
�
p53 基因是一种抑癌基因，可抑制细胞生长、阻断细胞周期并 诱导细胞凋亡； p53 的生物学功能是在间期监视DNA的完整性，如有损伤，则 抑制细胞增殖，直到DNA修复完成；如果 DNA不能被修复， 则诱导其调亡；
被吞噬细胞吞噬或降解等；
� 程序性死亡的细胞之所以能被吞噬细胞识
别，关键在于这些细胞表面有特殊的信号， 而这种信号在正常细胞表面是不存在的。
胞被吞噬、以及吞噬体被降解等有关。
�
2002年，英国科学家悉尼•布雷诺、约翰•苏尔斯顿、美国科 学家罗伯特•霍维茨因选择线虫作为新颖的实验生物模型， 找到了对细胞每一个分裂和分化过程进行跟踪的细胞图谱， 共同获得诺贝尔医学及生理学奖。
Caspase家族与细胞凋亡
- containing aspartate -specific protease, � Cysteine Cysteineaspartate简称 Caspase，天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶
� 一类存在于胞质溶胶中的、对天冬氨酸具有特
Caspase 能切割的靶蛋白
� 蛋白激酶：如粘着斑激酶 � 核纤层蛋白 � 细胞结构蛋白：如中间纤维、肌动蛋白等； � 与DNA修复相关的酶类 � Caspase
出反应；
� 死亡执行期(execution phase)
� 执行死亡程序，细胞发生一系列变化，最终
个，成熟的线虫有 959 个体细胞；有6 对染色 体，约3000个基因。
� 因此，线虫是理想的模式生物。 雌雄同体的秀丽新小杆线虫
的细胞凋亡有关：
� ced 3 和ced 4 是线虫细胞凋亡的必需基因； � ced 9 是抑制线虫细胞凋亡的基因； � 其余基因与凋亡的起始 / 执行，以及凋亡细
-449 ▲ 3P 3P-
- 2 家族与细胞凋亡 Bcl Bcl–2 ) ，人 B 淋巴细胞中的 � Bcl – 2 (B cell lymphoma lymphoma– 一类原癌基因，染色体易位时被激活；
� Bcl – 2 蛋白是一个特别的家族，分为两类： � 一类促进细胞凋亡，如Bad、 Bax、Bak等；
Caspase家族与细胞凋亡
� Caspase分为2 类, 一类是起始者, 另一类是执行者. � Caspase 2、 8、 9、 10 参与细胞凋亡起始； � Caspase 2、 3、 6、 7参与细胞凋亡的执行，导致
主 要 功 能
参 与死亡 受体 介导的 凋亡 起 始或执 行者 执 行者 炎 症因子 前体 的切割 炎 症因子 前体 的切割 执 行者 死 亡受体 途径 的起始 者 起 始者 死 亡受体 途径 的起始 者 死 亡受体 途径 的起始 者 -448 3P 3P-
Akt途径(即蛋白磷酸激酶B ，又称PK B)，是一种丝氨酸/苏 氨酸蛋白激酶，活化的Akt能使caspase 9 酶原磷酸化，而抑 制其参与对其它caspase 的活化； -kB(nuclear factor – k – gene binding, k基因结合核因子) NF NF-kB 是一种调节基因转录的核因子，它的活化 信号系统，NF NF能阻止caspase 的活化，从而抑制细胞凋亡。
� DNA电泳
� 凋亡细胞的 DNA 片段在琼脂糖凝胶电泳中呈
梯状条带。
细胞凋亡的检测
� TUNEL测定法(末端脱氧核苷酸转移酶介
细胞凋亡的分子机制
� 与细胞凋亡相关的两类基因 � 细胞凋亡的两个阶段
� 以线虫作为模式生物研究细胞凋亡的新发现
与细胞凋亡相关的两类基因
� 细胞凋亡是基因调控的结果； � 与之相关的基因可分为两种类型：
-2介导的细胞凋亡途径 Bcl Bcl�
细胞凋亡的信号转导
� 胞外信号通过受体介导激发细胞凋亡 � 胞内信号激发的细胞凋亡(如Bad) � 抑制细胞凋亡的信号通路还有：
�
Fas -associat ed d eath � FADD ( (Fas Fasdomain) = Fas 相 关的 死亡结 =Fas 构域
第十三章 程序性细胞死亡与细胞衰老
第一节
程序性细胞死亡
细胞凋亡
� 细胞凋亡的概念
� 动物细胞的程序性死亡(programmed cell
第一节 第一节 程序性细胞死亡 程序性细胞死亡 第二节 第二节 细 细胞 胞衰 衰老 老
death, PCD) � 动物细胞死亡的3种形式 �细胞凋亡( apoptosis ) 自噬(autophagy autophagy) ) �细胞坏死( necrosis )
Caspase 家族成员及其在细胞凋亡中的功能
名称及其别名
c aspase - 1（ ICE） aspasec aspase - 2（ Ned d -2/ICH1） aspasedc aspase - 3（ apopain/CPP32/ Yama ） aspaseapopain/CPP32/Y c aspase - 4（ Tx/ICH 2/ICE aspasec aspase - 5（ ICE aspasec aspase - 6（ Mch 2） aspasec aspase - 8（ FLICE/MACH/Mch5 ） aspasec aspase - 9（ ICE -L AP6/Mch6 ） aspaseICEc aspase - 10 （Mch4/FLICE2 ） aspasec aspase - 11（ ICH3 ） aspaserel -II） rel -III/TY ）
细胞坏死（necrosis）
种死亡方式 , 二者在形态和生化特征上截然不同。
� 细胞坏死 (necrosis) ：由于物理、化学或生物等
质膜丧失完整性和电化学梯度、 胞浆内 容物外泄、膜起泡，泡内不含细胞器、 膜完整性快速丧失、染色质呈絮状 细胞肿胀、溶解，无凋亡小体形成，周 围组织炎症反应 非能量依赖，离子分布稳态失衡 DNA 随机断裂，发生较迟（溶解后断 裂） 溶酶体酶的作用，不需蛋白质合成，不 需基因调节 细胞群体死亡、巨噬细胞吞噬、明显的 炎症反应