程序性細(xì)胞凋亡和細(xì)胞衰老課件

第十三章程序性細(xì)胞死亡

和細(xì)胞衰老

●細(xì)胞凋亡(Apoptosis)●細(xì)胞衰老(cellularaging或cellsenescence)

第一節(jié)細(xì)胞凋亡(Apoptosis)●細(xì)胞凋亡的概念及其生物學(xué)意義●細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)和生物化學(xué)特征●細(xì)胞凋亡的分子調(diào)控機(jī)理細(xì)胞程序性死亡細(xì)胞程序性死亡（PCD）是一種基因指導(dǎo)的細(xì)胞自我消亡方式。PCD和細(xì)胞凋亡的區(qū)別在以下方面：PCD是功能性概念，凋亡是形態(tài)學(xué)概念。PCD的最終結(jié)果是凋亡，但凋亡并非都是程序化的。PCD存在于胚胎發(fā)育過(guò)程中。（一）細(xì)胞凋亡概念：細(xì)胞凋亡是一個(gè)主動(dòng)的由基因決定的自動(dòng)結(jié)束生命的過(guò)程，凋亡細(xì)胞將被吞噬細(xì)胞吞噬。

蝌蚪尾的消失；脊椎動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育；

發(fā)育過(guò)程中手和足的形成過(guò)程等。細(xì)胞凋亡特點(diǎn)①細(xì)胞通過(guò)出芽的方式形成許多凋亡小體；②凋亡小體內(nèi)有結(jié)構(gòu)完整的細(xì)胞器；③不引起炎癥；④線粒體無(wú)明顯形態(tài)變化，溶酶體活性不增加；⑤內(nèi)切酶活化，DNA有控降解，凝膠電泳圖呈梯狀；⑥凋亡通常是生理性變化，壞死是病理性變化。胸腺細(xì)胞正常凋亡細(xì)胞凋亡的生理和病理學(xué)意義（一）生理學(xué)意義1.生長(zhǎng)發(fā)育：組織與器官的塑造（趾的分化）；動(dòng)物變態(tài)；皮膚角質(zhì)形成；2.免疫細(xì)胞分化：克隆選擇；3.防御：清除衰老細(xì)胞、DNA損傷的細(xì)胞、和被病原體感染的細(xì)胞。（二）病理學(xué)意義1.病原體侵染；誘導(dǎo)凋亡——HIV抑制凋亡——Poxvirus2.細(xì)胞凋亡不足腫瘤，自身免疫疾??；3.細(xì)胞凋亡過(guò)度神經(jīng)退行性疾?。ˋD，帕金森癥）、心肌梗塞、再生障礙性貧血、骨組織壞死。細(xì)胞凋亡的生化特征◆細(xì)胞凋亡的主要特征是形成大小為180～200bp特征性的DNAladders ◆凋亡細(xì)胞組織轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶tTG（tissueTransglutaminase）積累并達(dá) 到較高水平細(xì)胞凋亡的檢測(cè)1.形態(tài)學(xué)，電鏡，光鏡；2.DNA凝膠電泳——ladder；3.流式細(xì)胞計(jì)；4.核酸內(nèi)切酶活力檢測(cè)；5.免疫學(xué)方法；6.AnnexinV檢測(cè)細(xì)胞膜外表面PS；7.TUNEL技術(shù)。8.常用檢測(cè)細(xì)胞凋亡的染料：二乙酸熒光素（FDA），綠色熒光，活細(xì)胞染色Hoechst33342或33258，DAPI，吖啶橙（AO），半通透，凋亡和固定后的細(xì)胞熒光較強(qiáng)。溴化乙啶（EB）、碘化丙啶（PI）、放線菌素D（7-AAD），不通透，正常和凋亡細(xì)胞拒染?？捎貌煌再|(zhì)的染料對(duì)凋亡細(xì)胞進(jìn)行雙染色。誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的因子◆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◆化學(xué)及生物因子：包括活性氧基團(tuán)和分子，DNA和蛋白質(zhì)合成的抑制劑，激素，細(xì)胞生長(zhǎng)因子，腫瘤壞死因子（TNF），抗Fas/Apo-1/CD95抗體等（二）細(xì)胞壞死細(xì)胞受到環(huán)境因素傷害，引起細(xì)胞死亡的現(xiàn)象。形態(tài)變化的原因：酶性消化、蛋白變性。細(xì)胞壞死初期，胞質(zhì)內(nèi)線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腫脹、崩解，結(jié)構(gòu)脂滴游離、空泡化，蛋白質(zhì)顆粒增多，核發(fā)生固縮或斷裂。隨壞死進(jìn)程，細(xì)胞質(zhì)呈強(qiáng)嗜酸性，蘇木精/伊紅染色呈均一紅色。細(xì)胞膜不完整，臺(tái)盼藍(lán)染色陽(yáng)性(活細(xì)胞不著色)。DNA隨機(jī)降解，細(xì)胞內(nèi)容物流出，引起炎癥。細(xì)胞凋亡的分子調(diào)控機(jī)理

●線蟲(chóng)(C.elegans)凋亡研究發(fā)現(xiàn)ced3,ced4基因促進(jìn)細(xì)胞凋亡，ced9基因阻止ced3/ced4的激活，抑制細(xì)胞凋亡。Ced3哺乳類(lèi)同源物是ICE(Interleukin-1-convertingenzyme)，即Caspase1 ●Caspase家族與凋亡 ●Bcl-2家族、線粒體與細(xì)胞凋亡C.elegans是研究細(xì)胞凋亡的理想材料（生命周期短，細(xì)胞數(shù)量少）。C.elegans雄蟲(chóng)有1031個(gè)體細(xì)胞、約1000個(gè)生殖細(xì)胞。神經(jīng)系統(tǒng)由302個(gè)細(xì)胞組成，來(lái)自于407個(gè)前體細(xì)胞，105個(gè)細(xì)胞發(fā)生了PCD?？刂凭€蟲(chóng)PCD的基因有：Ced-3、Ced-4和Ced-9。Ced-3和Ced-4誘發(fā)凋亡；Ced-9抑制Ced-3、Ced-4的作用。Caspase家族與凋亡

◆Caspase家族·Caspase活性位點(diǎn)是半胱氨酸(Cysteine)，裂解靶蛋白位點(diǎn)是天冬氨酸殘基后的肽鍵，因此稱(chēng)為Cysteineasparticacicspecificprotease，即Caspase◆Caspase活化◆胞外信號(hào)分子誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑Caspase活化Caspase自身以非活化的Procaspase存在，其激活依賴(lài)于其他的Caspase在它的天冬氨酸位點(diǎn)裂解活化或自身活化Bcl-2、線粒體與細(xì)胞凋亡◆當(dāng)Caspase8活化后，它一方面作用于Procaspase3，另一方面使Bid裂解成2個(gè)片段，其中含BH3結(jié)構(gòu)域的C-端片段被運(yùn)送到線粒體，與Bcl-2/Bax的BH3結(jié)構(gòu)域形成復(fù)合物，導(dǎo)致細(xì)胞色素C釋放。CytC與胞質(zhì)中Ced4同源物Apaf-1(凋亡蛋白酶活化因子apoptosisproteaseactivatingfactor)結(jié)合并活化Apaf-1，活化的Apaf-1再活化Procaspase9，最后引起細(xì)胞凋亡

a正常T細(xì)胞雜交瘤細(xì)胞b凋亡細(xì)胞(掃描電鏡)c凋亡細(xì)胞(透射電鏡)caspase超家族成員及其相應(yīng)底物BCL-2家族成員第二節(jié)細(xì)胞衰老

(cellularaging或cellsenescence)●Hayflick界限(HayflickLimitation）●細(xì)胞在體內(nèi)條件下的衰老●衰老細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化●細(xì)胞衰老的分子機(jī)理一、Hayflick界限(HayflickLimitation）●概念：關(guān)于細(xì)胞增殖能力和壽命是有限的觀點(diǎn)。細(xì)胞，至少是培養(yǎng)的二倍體細(xì)胞，不是不死的，而是有一定的壽命；它們的增殖能力不是無(wú)限的，而是有一定的界限，這就是Hayflick界限 ◆癌細(xì)胞或培養(yǎng)的細(xì)胞系是不正常細(xì)胞，其染色體數(shù)目或形態(tài) 已經(jīng)不同于原先的細(xì)胞◆細(xì)胞的增殖能力與供體年齡有關(guān)◆物種壽命與培養(yǎng)細(xì)胞壽命之間存在著一定的關(guān)系 ●二倍體細(xì)胞的衰老是由細(xì)胞本身決定的 ◆決定細(xì)胞衰老的因素在細(xì)胞內(nèi)部，而不是外部的環(huán)境 ◆是細(xì)胞核而不是細(xì)胞質(zhì)決定了細(xì)胞衰老細(xì)胞來(lái)源人胚肺成纖維細(xì)胞中年人成纖維細(xì)胞老年人成纖維細(xì)胞可增殖代數(shù)40-60202-4不同年齡來(lái)源的人成纖維細(xì)胞的增殖代數(shù)二、細(xì)胞在體內(nèi)條件下的衰老●在機(jī)體內(nèi)，細(xì)胞的衰老和死亡是常見(jiàn)的現(xiàn)象，甚至在個(gè)體發(fā)育的早期也會(huì)發(fā)生;●正常情況下終生保持分裂的細(xì)胞，其分裂能力是否隨著有機(jī)體年齡的增高而下降？它們會(huì)不會(huì)衰老？◆衰老動(dòng)物體內(nèi)，細(xì)胞分裂速度顯著減慢，其原因主要是G1期明顯延長(zhǎng);◆衰老個(gè)體內(nèi)的環(huán)境因素影響了細(xì)胞的增殖和衰老; ◆骨髓干細(xì)胞移植實(shí)驗(yàn)說(shuō)明隨著年齡的增加，干細(xì)胞增殖速度也趨緩慢.三、衰老細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化●細(xì)胞核的變化●內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的變化:衰老動(dòng)物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)成分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●線粒體的變化:通常，細(xì)胞中線粒體的數(shù)量隨齡減少，而其體積則隨齡增大●致密體的生成●膜系統(tǒng)的變化

細(xì)胞核的變化◆體外培養(yǎng)的二倍體細(xì)胞，細(xì)胞核隨著細(xì)胞分裂次數(shù)的增加不斷增大◆細(xì)胞核的核膜內(nèi)折（invagination）、染色質(zhì)固縮化

膜系統(tǒng)的變化◆衰老的細(xì)胞，其膜流動(dòng)性降低、韌性減小◆衰老細(xì)胞間間隙連接;細(xì)胞膜內(nèi)（P面）顆粒的分布也發(fā)生變化四、細(xì)胞衰老的分子機(jī)理●氧化性損傷學(xué)說(shuō)：代謝過(guò)程中產(chǎn)生的活性氧基團(tuán)或分子（ROS---O2-，OH-，

H2O2

），引發(fā)的氧化性損傷的積累，最終導(dǎo)致衰老。

●端粒與衰老：發(fā)現(xiàn)端粒長(zhǎng)度確實(shí)與衰老有著密切的關(guān)系，提出細(xì)胞衰老的“有絲分裂鐘”學(xué)說(shuō)（Harley,1990）●

rDNA與衰老:酵母染色體外rDNA環(huán)（ERC）的積累，導(dǎo)致細(xì)胞衰老?！?/p>

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(diǎn)DNA轉(zhuǎn)錄?！?/p>

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