程序性細(xì)胞死亡課件

胚胎發(fā)育

與程序性細(xì)胞死亡

湘雅醫(yī)學(xué)院組胚教研室張彬第八章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)程中手和足的成形過(guò)程一、程序性細(xì)胞死亡PCD（programmedcelldeath）又稱細(xì)胞凋亡

(apoptosis)（在體內(nèi)外因素誘導(dǎo)下，由基因嚴(yán)格調(diào)控而發(fā)生的自主性細(xì)胞有序死亡。）1、概念一個(gè)固有的遺傳程序即生物鐘，在一個(gè)受控制的時(shí)間和空間內(nèi)激活，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。2、簡(jiǎn)史1885年，F(xiàn)lemming第一個(gè)描述有關(guān)細(xì)胞凋亡的特征；（染色質(zhì)濃縮形成半月形）1951年，Glucksmann提出胚胎發(fā)育中存在程序性細(xì)胞死亡；1965年，JohnKerr提出“固縮性壞死”概念；1972年，Kerr，Wyllie，Currie提出“細(xì)胞凋亡”（apoptosis）的概念；1986年，Robert

Horvitz等發(fā)現(xiàn)線蟲(chóng)中ced3，4是促凋亡基因。1980年，Wyllie等發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡與內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶激活有關(guān)?！癉NAladder”是細(xì)胞凋亡發(fā)生的標(biāo)志；SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnSulston

THE2002NOBELPRIZEWINNER二、PCD/細(xì)胞凋亡的形態(tài)變化(1)微絨毛、細(xì)胞突起消失；出芽(budding)膜空泡化（blebbing)出芽(budding)(2)胞質(zhì)濃縮；細(xì)胞器變化(3)核濃縮；染色質(zhì)邊聚(4)凋亡小體形成胞膜皺縮內(nèi)陷，分割包裹胞質(zhì)(內(nèi)含DNA物質(zhì)及細(xì)胞器)，形成泡狀小體稱為凋亡小體（apoptosisbody）

(5)吞噬巨噬細(xì)胞吞噬凋亡小體巨噬細(xì)胞凋亡小體PCD/細(xì)胞凋亡與壞死的區(qū)別★圖8－2細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死的比較細(xì)胞壞死細(xì)胞凋亡1.性質(zhì)病理性生理性或病理性2.誘導(dǎo)因素強(qiáng)烈刺激，隨機(jī)發(fā)生較弱刺激，非隨機(jī)發(fā)生3.生化特點(diǎn)被動(dòng)過(guò)程，無(wú)新蛋白合成，不耗能主動(dòng)過(guò)程，有新蛋白合成，耗能4.形態(tài)變化細(xì)胞結(jié)構(gòu)全面溶解、破壞、細(xì)胞腫脹胞膜及細(xì)胞器相對(duì)完整，細(xì)胞皺縮，核固縮5.DNA電泳彌散性降解，電泳呈均一DNA片狀DNA片段化（180-200bp），電泳呈梯狀條帶6.炎癥反應(yīng)溶酶體破裂，局部炎癥反應(yīng)溶酶體相對(duì)完整，局部無(wú)炎癥反應(yīng)7.凋亡小體無(wú)有8.基因調(diào)控?zé)o有表8－1細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死的比較三、胚胎發(fā)育中的程序性細(xì)胞死亡（PCD）

（一）PCD參與了各器官的形態(tài)發(fā)生和發(fā)育。1、肢體的發(fā)生2、中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)育3、腭的發(fā)生4、管（腔）道的形成5、晶狀體的發(fā)育6、心的發(fā)育7、生殖細(xì)胞的發(fā)生8、免疫、造血系統(tǒng)的發(fā)生9、無(wú)用結(jié)構(gòu)的退化消失（前腎、中腎等）（二）胚胎發(fā)育中PCD的意義1、系統(tǒng)匹配淘汰沒(méi)有作用或不再起作用的細(xì)胞，以確保有功能細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)和空間。2、雕刻軀體從而形成正常、精細(xì)復(fù)雜的生物體。3、除去短暫結(jié)構(gòu)：蝌蚪尾4、保護(hù)機(jī)體：如胸腺的發(fā)育四、PCD/細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)（一）激素水平的調(diào)節(jié)甲狀腺素、糖皮質(zhì)激素等誘導(dǎo)PCD雌激素、卵泡刺激素、胰島素等抑制PCD（二）細(xì)胞因子調(diào)節(jié)主要是生長(zhǎng)因子：NGF，F(xiàn)GF，TGF，G-CSF等缺乏導(dǎo)致PCD（三）PCD相關(guān)基因的調(diào)節(jié)1、TNF死亡受體超家族（1）死亡受體結(jié)構(gòu)包括胞內(nèi)C-端、跨膜區(qū)及胞外N-端，胞外功能區(qū)內(nèi)含數(shù)個(gè)半胱氨酸，胞內(nèi)功能區(qū)由80個(gè)氨基酸構(gòu)成的死亡結(jié)構(gòu)域（DD）Fas(Apo-1,CD95):43kDDISC/死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合物（Fas-FADD（Fas相關(guān)死亡蛋白）-proCaspase-8）TNFRI：55-60kD，TNFRI-TRADD（TNFR相關(guān)死亡蛋白）-FADD-proCaspase-8（2）含有死亡結(jié)構(gòu)域的信號(hào)蛋白TRADD：34kD，與TNFRI，F(xiàn)ADD結(jié)合FADD（MORT-1）：23kD，C-端含有一個(gè)DD(deathdomain)，可與Fas結(jié)合；N-端含有MORT結(jié)構(gòu)域或死亡效應(yīng)結(jié)構(gòu)域（DED:deatheffectordomain），可與proCaspase-8（FLICE）結(jié)合2.凋亡蛋白酶Caspase:

cysteine-containingaspartate-specificprotease（含半胱氨酸的天冬氨酸特異蛋白水解酶）一組對(duì)底物的天冬氨酸部位有特異水解作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶。(1)定義（2）Caspase的分類及功能Caspases激活的瀑布學(xué)說(shuō)(級(jí)聯(lián)反應(yīng))(3)結(jié)構(gòu)特征①以無(wú)活性的形式存在；②N端均含有一段的前區(qū)域；④在大亞基的C端含有一活性中心，其中半胱氨酸是必需氨基酸。③活性形式由2個(gè)大亞基和2個(gè)小亞基組成的雜四聚體；ActiveenzymeCatalyticsites(4)

Caspase的作用底物

①凋亡蛋白酶激活的DNA酶抑制物(ICAD)CAD:CaspaseActivatedDNase由Caspase激活的核酸酶(具有內(nèi)切酶活性)ICADCADDNACaspase②核纖層（lamina）蛋白細(xì)胞核lamina染色體③細(xì)胞骨架蛋白：導(dǎo)致細(xì)胞解體，形成凋亡小體

④其他的caspases⑤滅活細(xì)胞凋亡的抑制物3、凋亡蛋白酶活化因子-1（Apaf-1)130kD，N-端含有一半胱氨酸蛋白酶募集域（CARD），C-端由12個(gè)WD-40重復(fù)片段組成。凋亡體/死亡復(fù)合體：Cytc-Apaf-1-dATP-proCaspase-94、線粒體膜間隙蛋白（線粒體釋放的凋亡相關(guān)因子）細(xì)胞色素C，凋亡誘導(dǎo)因子，Apaf-1,Smac/DIABLO等5、自由基活性氧自由基：誘導(dǎo)PCD的發(fā)生。活性氮自由基：NO—高濃度促PCD，低濃度抑制PCD6、P53基因修復(fù)受損的DNA，如修復(fù)失敗則通過(guò)細(xì)胞核途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。（射線、毒素）分子警察P53的促凋亡機(jī)制：（1）DNA結(jié)合蛋白，調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄（細(xì)胞核途徑）（2）激活線粒體途徑（3）誘導(dǎo)Fas增加（4）誘導(dǎo)溶酶體的不穩(wěn)定性7、BcL-2家族3個(gè)亞家族BcL-2亞家族:起抗凋亡作用Bax亞家族BH3亞家族起促凋亡作用BH：

BcL-2同源結(jié)構(gòu)域BcL-2基因家族成員自身或彼此之間有形成二聚體或多聚體的能力，BcL-2家族的蛋白與蛋白相互作用調(diào)節(jié)著細(xì)胞的存活與凋亡。Bcl-2（B

celllymphoma/leukemia-2）

：

Bcl-2

是第一個(gè)被確認(rèn)有抗凋亡作用，由229aa構(gòu)成（鼠236）分布在線粒體膜,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，核膜等處。

Bcl-2

和C.elegans

中的ced-9

有很高的同源性，具有促進(jìn)細(xì)胞存活的功能。BcL-2抗凋亡機(jī)制：①直接抗氧化；②調(diào)節(jié)PTP開(kāi)放；③抑制Bax，Bak的促凋亡作用；④抑制Caspases激活；⑤維持細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)。8、凋亡抑制蛋白家族（IAP家族）

IAP家族是一組抑制凋亡的蛋白。IAP家族蛋白的BIR（baculoviralIAPrepeat)結(jié)構(gòu)域是IAP

抑制凋亡的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。在人類已確定有7種IAP相關(guān)蛋白。作用機(jī)制：通過(guò)抑制caspase-3,7,9等的活性。凋亡細(xì)胞DNA的斷裂形成高分子量的DNA大片斷（50kb)形成180－200bp整數(shù)倍的DNA小片斷非Caspase依賴的內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶的激活Caspase依賴的內(nèi)源性核酸酶激活(CAD)9.核酸內(nèi)切酶

Caspase8

Caspase3

Caspase9

Cleavageofsubstrates

Nucleus

DegradationofDNACAD激活方式細(xì)胞膜DNA斷裂與“梯狀條帶”RDNA“梯”狀條帶二、PCD的主要途徑1.膜受體通路(死亡受體通路/外源性通路)死亡受體家族腫瘤壞死因子受體(TNFR)家族Fas／CD95TNFRFas/FasLDD:deathdomain死亡受體通路凋亡誘導(dǎo)因素死亡受體（Fas)配體（FasL)的表達(dá)、結(jié)合Caspase-8活化Caspase-3活化apoptosisFADDFADD2.線粒體通路（內(nèi)源性途徑）R1、線粒體跨膜電位（Δψm）的破壞與細(xì)胞凋亡的一致性；

Δψm下降時(shí)PTP開(kāi)放導(dǎo)致細(xì)胞凋亡

Δψm正常時(shí)無(wú)細(xì)胞凋亡

2、線粒體跨膜電位（Δψm）的破壞早于核DNA的斷裂。??線粒體信號(hào)通路smacSmac:secondmitochondria-derivedactivatorofcaspaseIAPs(-)ApoptosisinducingfactorInhibitorsofapoptosisproteinapoptoticproteaseactiviationfactor凋亡誘導(dǎo)因素