細胞衰老與凋亡演示文稿

第章細胞衰老與凋亡演示文稿第一頁，共四十一頁。（優(yōu)選）第章細胞衰老與凋亡第二頁，共四十一頁。一、細胞衰老的概念與特征第一節(jié)細胞衰老(cellularaging)（一）概念：一般指復(fù)制衰老，即體外培養(yǎng)的正常細胞經(jīng)過有限次數(shù)的分裂后，停止分裂，細胞形態(tài)和生理代謝活動發(fā)生顯著改變的現(xiàn)象。1、1881年，魏斯曼指出細胞分裂能力是有限的。2、Carrel認(rèn)為細胞永生不死。第三頁，共四十一頁。3、Hayflick界限（1）實驗證據(jù)：老男和少女細胞共同培養(yǎng)，顯示細胞內(nèi)部決定衰老。（2）概念：細胞、至少是培養(yǎng)的細胞，不是不死的而是有一定壽命的。它們的增殖能力不是無限的，而是有一定界限的。這就是有名的Hayflick界限。第四頁，共四十一頁。體外培養(yǎng)細胞增殖與個體壽命的關(guān)系物種成纖維細胞傳代數(shù)個體最長壽命（年）龜90-125175水貂30-3410雞15-3530小鼠14-283.5人胚胎40-60110

出生至15歲20-4015歲以上10-30

早老病患者2-1010-20

第五頁，共四十一頁。味覺喪失64％腎小球減少44％腎小球過濾率減少31％脊神經(jīng)元減少37％神經(jīng)傳導(dǎo)速度減慢10％腦供血量減少20％肺活量減少44％細胞在體內(nèi)條件下的衰老～一名男子從36歲到75歲第六頁，共四十一頁。高等動物體內(nèi)存在了3種不同類型的細胞：接近于動物的整體壽命的細胞，如神經(jīng)元和肌肉細胞等。在胚胎發(fā)育終了時，這些細胞不再增加數(shù)量，在個體的生長期中它們可增長細胞體積，以使其與軀體成比例。它們隨著個體衰老而衰老，或者由于這些細胞的衰老、死亡引起個體死亡。緩慢更新的細胞，它們的壽命短于動物的平均壽命，如肝細胞，胃壁細胞等。快速更新的細胞，如皮膚的表皮細胞、紅細胞和白細胞等。第七頁，共四十一頁。1、細胞核的變化：（1）隨著細胞分裂次數(shù)的增加不斷增大；（2）核膜內(nèi)折，染色質(zhì)固縮化。（二）衰老的特征2、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的變化:

衰老動物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)彌散性地分散于核周胞質(zhì)中，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的總量似乎是減少了。第八頁，共四十一頁。3、線粒體的變化:通常細胞中線粒體的數(shù)量隨齡減少，而其體積則隨齡增大。4、致密體的生成：溶酶體和線粒體轉(zhuǎn)化來5、膜系統(tǒng)的變化：（1）膜流動性降低、韌性減小;（2）衰老細胞間間隙連接減少;（3）離子轉(zhuǎn)運效率下降,興奮性降低。

第九頁，共四十一頁。二、細胞衰老的分子機制(一)復(fù)制衰老(RS)的機制端?？s短作為一種DNA損傷誘導(dǎo)p53的表達,繼而誘導(dǎo)p21表達,抑制CDK活化,使得Rb不能被磷酸化,E2F持續(xù)失活,使G1/S的轉(zhuǎn)換被停滯,從而阻斷細胞周期的正常運行,引發(fā)復(fù)制型細胞衰老。第十頁，共四十一頁。(二)脅迫誘導(dǎo)的早熟性衰老(SIPS)氧化損傷理論：代謝過程中產(chǎn)生的活性氧基團或分子引發(fā)的氧化性損傷積累導(dǎo)致衰老。(三)單細胞生物的衰老酵母染色體外rDNA環(huán)（ERC）的積累，導(dǎo)致細胞衰老。第十一頁，共四十一頁。（四）沉默信息調(diào)節(jié)蛋白復(fù)合物（Sircomplex）與衰老：Sircomplex存在于異染色質(zhì)區(qū)，其作用在于阻斷所在位點DNA轉(zhuǎn)錄。（五）SGS1基因和WRN基因與衰老：SGS1基因和WRN基因同源,編碼解旋酶;酵母sgs1突變體壽命明顯短于野生型（平均9.5代:24.5代）;wrn突變引發(fā)早老癥。（六）發(fā)育程序與衰老:（七）線粒體DNA與衰老:Sen-DNA(80年代);mtDNA突變積累與細胞衰老有關(guān)。 第十二頁，共四十一頁。三、細胞衰老與個體衰老和癌癥的關(guān)系(一)對于多細胞生物,特別是哺乳動物,現(xiàn)有的細胞衰老模型尚不能解釋個體衰老。體外培養(yǎng)細胞與體內(nèi)細胞差異巨大。（二）細胞衰老是有機體在長期演化過程中形成的防止細胞過度生長或癌化的一種保護機制。第十三頁，共四十一頁。早老癥是人體衰老中的一種病癥第十四頁，共四十一頁。

研究發(fā)現(xiàn)，不論是單細胞生物還是多細胞生物，其細胞死亡往往受到細胞內(nèi)某種由遺傳機制決定”的死亡程序“控制，稱為細胞程序性死亡（programmedcelldeath,PCD）。廣泛存在于動物細胞、植物細胞、真菌細胞和細菌中。第二節(jié)程序性細胞死亡第十五頁，共四十一頁。（一）細胞凋亡(Apoptosis)1、概念和特征：（1）概念：指受基因控制的主動的生理性細胞自殺行為。（2）特征：一、動物細胞的程序性死亡第十六頁，共四十一頁。凋亡的起始：細胞表面的特化結(jié)構(gòu)如微絨毛消失，細胞間接觸的消失，但細胞膜依然完整；線粒體大體完整，但核糖體逐漸從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上脫離，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊腔膨脹，并逐漸與質(zhì)膜融合；染色質(zhì)固縮，形成新月形帽狀結(jié)構(gòu)等形態(tài)，沿著核膜分布。凋亡小體形成：核染色質(zhì)斷裂為大小不等的片段，與某些細胞器如線粒體一起聚集，為反折的細胞質(zhì)膜所包圍。細胞表面產(chǎn)生許多泡狀或芽狀突起，逐漸形成單個凋亡小體。凋亡小體逐漸為鄰近的細胞吞噬并消化。第十七頁，共四十一頁。2、生理意義：（1）對動物個體的正常發(fā)育，自穩(wěn)態(tài)的維持，免疫耐受的形成，腫瘤監(jiān)控等多種生理及病理過程有重要意義。（2）是一種生理性保護機制，能夠清除體內(nèi)多余、受損或危險的細胞。（3）細胞凋亡失調(diào)會引發(fā)多種疾病。第十八頁，共四十一頁。第十九頁，共四十一頁。第二十頁，共四十一頁。

順鉑處理CaCl2溶液處理正常細胞壞死細胞3、細胞凋亡的檢測方法（1）形態(tài)學(xué)觀測：染色法、透射和掃描電鏡觀察。第二十一頁，共四十一頁。鼠肝細胞AO/EB熒光雙染第二十二頁，共四十一頁。細胞色素c誘導(dǎo)的凋亡細胞DNA電泳圖1．細胞色素c誘導(dǎo)0h2．細胞色素c誘導(dǎo)1h3．細胞色素c誘導(dǎo)2h4．細胞色素c誘導(dǎo)3h5．細胞色素c誘導(dǎo)4h6．陰性對照7．Marker

（2）DNA電泳：DNA片段呈現(xiàn)梯狀條帶。第二十三頁，共四十一頁。（3）TUNEL測定法：對DNA斷裂產(chǎn)生的3`-OH末端進行原位標(biāo)記。（4）彗星電泳法（cometassay）：單細胞電泳（5）流式細胞分析：采用碘化丙啶使DNA產(chǎn)生激發(fā)熒光，用流式細胞儀檢出凋亡的亞二倍體細胞。第二十四頁，共四十一頁。4、誘導(dǎo)細胞凋亡的因子（1）物理性因子，包括射線（紫外線，射線等），較溫和的溫度刺激（如熱激，冷激）等。（2）化學(xué)及生物因子：包括活性氧基團和分子，DNA和蛋白質(zhì)合成的抑制劑，激素，細胞生長因子，腫瘤壞死因子等。第二十五頁，共四十一頁。5、細胞凋亡的分子機制(1)Caspase依賴性的細胞凋亡①Caspase概念：是一組存在于胞質(zhì)溶膠的結(jié)構(gòu)上相關(guān)的半胱氨酸蛋白酶，它們都能特異地斷開天冬氨酸殘基后的鍵，因此稱為Cysteineasparticacicspecificprotease，Caspase?；罨撼龑ⅲ味穗亩吻谐酝猓€需在兩個亞基連接區(qū)的Ａsp位點切割，形成兩個亞基組成的異二聚體。凋亡起始者Caspase2,8,9,10,11同性活化.

凋亡執(zhí)行者Caspase3,6,7異性活化.第二十六頁，共四十一頁。caspase超家族成員及其相應(yīng)底物第二十七頁，共四十一頁。②途徑:死亡受體其始的外源途徑和線粒體起始的內(nèi)源途徑。第二十八頁，共四十一頁。③Bcl-2家族

Bcl-2是一種原癌基因，是ced-9在哺乳類中的同源物，能抑制細胞凋亡，延長細胞生存，而不是促進細胞增殖。Bcl-2家族成員的基因中，常常含有三個保守的Bcl-2同源區(qū)，即BH1、BH2和BH3，它們是調(diào)節(jié)細胞凋亡以及蛋白質(zhì)相互作用所必需的。第二十九頁，共四十一頁。BCL-2家族成員第三十頁，共四十一頁。(2)Caspase非依賴性的細胞凋亡線粒體發(fā)揮關(guān)鍵作用：①凋亡誘導(dǎo)因子（AIF):位于線粒體外膜，凋亡時轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)內(nèi)，進而進入細胞核，引起核內(nèi)DNA凝集并斷裂成50bp的片段。②限制性內(nèi)切核酸酶G（EndoG）：Mg2+依賴性核酸酶，在線粒體中負責(zé)DNA的復(fù)制和修復(fù)。凋亡時，從線粒體釋放進入細胞核，對核DNA進行切割，產(chǎn)生以核小體為單位的DNA片段。第三十一頁，共四十一頁。(3)細胞凋亡的調(diào)控①Caspase抑制因子（IAP):直接與Caspase活性分子結(jié)合，阻抑其對底物的切割，包括c-IAP家族，c-FLIP，BAR，ACR，都含有由70個氨基酸殘基組成的BIR結(jié)構(gòu)域，是抑制凋亡必需的。②內(nèi)源性凋亡激活因子：Smac/DIABLO和Omi/HtrA2，含有IAP結(jié)合結(jié)合基序（IBMs），能夠與IAP結(jié)合并釋放出被IAP封閉的Caspase。第三十二頁，共四十一頁。細胞壞死與細胞凋亡（二）細胞壞死(necrosis)

當(dāng)細胞凋亡不能正常發(fā)生而細胞必須死亡噬，壞死作為凋亡的替補形式。第三十三頁，共四十一頁。壞死細胞凋亡細胞第三十四頁，共四十一頁。（三）細胞自噬(autophagy)1、壽命較短的蛋白質(zhì)通過泛素－蛋白酶體系統(tǒng)降解；而壽命較長的細胞結(jié)構(gòu)及蛋白質(zhì)則通過細胞自噬途徑，由溶酶體降解。2、細胞自噬的特征是細胞中出現(xiàn)大的雙層膜包裹的自噬泡。3、生理狀態(tài)下，細胞自噬種族要發(fā)生在個體遭遇營養(yǎng)危機時、胚胎發(fā)育和變態(tài)發(fā)育期間。4、當(dāng)細胞凋亡所需的關(guān)鍵因子被抑制時，細胞發(fā)生自噬。第三十五頁，共四十一頁。（一）植物細胞的程序性死亡（二）酵母細胞的程序性死亡二、植物細胞與酵母細胞的程序性死亡第三十六頁，共四十一頁。胞外信號分子誘導(dǎo)的細胞凋亡途徑凋亡信號通路當(dāng)細胞接受凋亡信號分子(Fas,TNF等)后，凋亡細胞表面信號分子受體相互聚集并與細胞內(nèi)的銜接蛋白(Adaptorprotein)結(jié)合，這些銜接蛋白又募集Procaspases聚集在受體部位，Procaspase相互活化并產(chǎn)生級聯(lián)反應(yīng)，使細胞凋亡。第三十七頁，共四十一頁。第三十八頁，共四十一頁。下游Caspases活化后，作用底物：裂解核纖層蛋白，導(dǎo)致細胞核形成凋亡小體；裂解DNase結(jié)合蛋白，使DNase釋放，降解DNA形成DNALadder;裂解參與細胞連接或附著的骨架和其他蛋白，使凋亡細胞皺縮、脫落，便于細胞吞噬；導(dǎo)致膜脂P