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细胞增殖和凋亡异常与疾病,杨 惠 玲 中山大学中山医学院病生,第一节 细胞增殖异常与疾病,细胞周期的概述 细胞周期的调控 细胞周期调控异常与疾病 调控细胞周期与疾病的防治,细胞增殖,细胞分裂和再生的过程 细胞通过分裂进行增殖 将遗传信息传给子代 确保物种的延续性和数量增多 多阶段、多因素参与有序的调节过程 1953年havard和palw: 细胞周期,“for their discoveries of key regulators of the cell cycle“,the nobel prize in physiology or medicine 2001,细胞周期,概念 增殖细胞从一次分裂结束到下一次分 裂终了的间隔时间(细胞增殖周期)。 分期(时相特点) g1期 ( first gap phase，dna合成前期 ) s 期 ( synthetic phase，dna合成期 ) g2期 ( second gap phase，dna合成后期 ) m 期 ( mitotic phase，有丝分裂期 ),分类(增殖特性) 周期性细胞(连续分裂细胞):表皮、骨髓细胞 g0期细胞(休眠细胞):肝、肾细胞 终端分化细胞(不分裂细胞):神经、心肌细胞,细胞周期的四个连续阶段及其与g0期的关系 间期（interphase）：，,特点 单向性：细胞沿g1sg2m方向推进 阶段性：细胞可因某种原因而在某时相停滞 待条件合适后重新活跃到下一时相 检查点: 各时相交叉处 决定细胞增殖分化趋势 细胞微环境：细胞外信号、条件等,第一节 细胞增殖异常与疾病,细胞周期的概述 细胞周期的调控 细胞周期调控异常与疾病 调控细胞周期与疾病的防治,细胞周期的调控,细胞周期自身调控 细胞外信号对细胞周期的调控 诱导增殖信号： gf cyclin/cdk，cki 细胞增殖 抑制增殖信号： tgf-cyclin/cdk,cki细胞增殖,细胞周期的自身调控,周期素 细胞周期素依赖性激酶 细胞周期素依赖性激酶抑制因子 细胞周期检查点,周期素（cyclin）,各时相cyclin的表达和相对浓度,周期素 细胞周期素依赖性激酶 细胞周期素依赖性激酶抑制因子 细胞周期检查点,细胞周期素依赖性激酶 (cdk),cdk： 丝氨酸/苏氨酸 (ser/thr)蛋白激酶 cdk家族: cdkl9 cdk的调控: 活化：cyclin cdk活化激酶(cak) cdk自身的磷酸化 灭活：cki/泛素化(ubiquitin)降解,cdk的活化,细胞周期素依赖性激酶 (cdk),cdk： 丝氨酸/苏氨酸 (ser/thr)蛋白激酶 cdk家族:cdkl9 cdk的调控: 活化：cyclin cdk活化激酶(cak) cdk自身的磷酸化 灭活：cki/泛素化(ubiquitin)降解,cdk的灭活,周期素 细胞周期素依赖性激酶 细胞周期素依赖性激酶抑制因子 细胞周期检查点,细胞周期素依赖性激酶抑制因子(cki),ink4 ( inhibitors of kinase 4 ) kip ( kinase inhibitory protein，kip ) cip (cdk- interacting protein ) waf (wild-type p53 activated fragment ),ink4: cdk4的抑制蛋白 p16ink4a、p15ink4b、p18ink4c、p19ink4d等 抑制cdk4活性 特异地与cdk4/6结合 防止cdk4/6与cyclin再结合 降低cyclin/cdk复合物的稳定性,细胞周期素依赖性激酶抑制因子（cki）,ink4 ( 1nhibitors of kinase4 ) kip ( kinase inhibitory protein，kip ) cip (cdk- interacting protein ) waf (wild-type p53 activated fragment ),kip: cdk的抑制蛋白 p21wafl、p27kip1和p57kip2等 抑制cdk： n端保守序列-非共价键-cyclin/cdk复合物结合 三元体或四元体,p21kipl : 合成途径: p53依赖性和p53非依赖性 作用: 较强，作用谱较广 消除由dna损伤引发的肿瘤 参与细胞应激状态的信号转导 p21kipl抑制cyclind/cdk4 cyclina/cdk2 cycline/cdk2 cyclin/cdk激酶活性 prb磷酸化 g1期阻滞修复 p27kip1： g0期细胞呈高表达、增殖细胞呈低表达 作用：停止细胞分裂，抑制细胞周期（g1、g2期阻滞） p27kip1所有cdk的活性,周期素 细胞周期素依赖性激酶 细胞周期素依赖性激酶抑制因子 细胞周期检查点,检查点分类和功能 dna损伤检查点： g1/s交界处 dna受损g1期细胞 dna修复 dna复制 dna复制检查点： s/g2交界处 检查dna复制进度 纺锤体组装检查点：纺锤体 检查纺锤体功能 管理染色体的正确分配,g1/s期交界调控示意图,启动凋亡程序,结合pcnadna复制,p53,p21,cycline/cdk2复合物活性,gadd45,dna损伤（射线）,prb-p游离的e2f ,prb-e2f,g1期阻滞,dna合成、细胞进入s期,s期检查点,s phase progression,cdk 2,p,cyc e cyc a,(t-160),cdk7/cyc h,cdk 2,p,(t-160),p,p,(y-15),(t-14),wee1 kinase family,cyc e cyc a,s phase arrest,dna damage,第一节 细胞增殖异常与疾病,细胞周期的概述 细胞周期的调控 细胞周期调控异常与疾病 调控细胞周期与疾病的防治,细胞周期调控异常与疾病,细胞增殖过度 细胞增殖缺陷,细胞增殖过度与疾病,增殖过度： 肿瘤、肝肺肾纤维化、前列腺肥大、类风湿性关节炎 细胞增殖过度与肿瘤 cyclin增多：cyclin d、e 乳腺癌、b细胞淋巴瘤、胃肠癌、食道癌 机制:基因扩增、染色体倒位、染色体易位 cdk增多：cdk1、cdk4、cdk6 cki表达不足和突变：ink4失活和kip（p16/p21/p27） 检查点功能障碍：p53基因突变,细胞周期调控异常与疾病,细胞增殖过度 细胞增殖缺陷,细胞增殖缺陷与疾病,增殖缺陷： 糖尿病肾病、神经退行性变、再障 增殖缺陷与糖尿病肾病 增殖缺陷的机制： cki过表达：p27 prb：低磷酸化状态 糖尿病实验模型:cyclin/cdk2/cdk4(-),细胞增殖缺陷与衰老,cdk及cyclin表达减少： 磷酸化cyclin或无 cyclind/e-cdk磷酸化水平 cki过表达： p16ink4、p15ink4和p21kip1 ,第一节 细胞增殖异常与疾病,细胞周期的概述 细胞周期的调控 细胞周期调控异常与疾病 调控细胞周期与疾病的防治,调控细胞周期与疾病的防治,合理利用增殖相关信号 单抗egf乳腺癌c增殖/ ngf神经c增殖 调控cyclin 或和 cdk 的表达和活性 单抗/rnai/反义寡核苷酸cyclin/cdk表达和活性 转染基因 cyclin/cdk表达和活性 调控cki的表达或和活性 转染基因/放疗/化疗 cki表达和活性 单抗/rnai/反义寡核苷酸 cki表达和活性 修复或利用缺陷的细胞周期检查点 p53 修复缺陷的细胞周期检查点 放疗/化疗dna损伤缺陷周期检查点dna损伤细胞,第二节 细胞凋亡异常与疾病,细胞凋亡的概述 细胞凋亡的调控 细胞凋亡异常与疾病 调控细胞凋亡与疾病的防治,凋亡的概述,概念: 细胞凋亡( apoptosis ) 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 是程序性细胞死亡(pcd）的形式之一 1972年kerr等人提出不同于坏死的死亡新概念,细胞凋亡与坏死的比较,凋亡与坏死的区别图,细胞凋亡的过程,诱导期： 凋亡的相关因素启动信号转导 效应期： 死亡信号基因合成各种酶类 (核酸内切酶,caspase等) 降解期： 底物降解 核酸内切酶破坏基因 caspase 细胞结构的解体,细胞凋亡的改变,细胞凋亡的形态学改变 微绒毛的消失 空泡化（blebbing） 固缩（condensation） 出芽（budding） 染色质边集(margination) 凋亡小体(apoptosis body),normal cell,apoptotic cell,dna的片段化 内源性核酸内切酶激活 caspase的激活,细胞凋亡的生化改变,第二节 细胞凋亡异常与疾病,细胞凋亡的概述 细胞凋亡的调控 细胞凋亡异常与疾病 调控细胞凋亡与疾病的防治,凋亡信号,生理性凋亡信号： 某些激素的和细胞因子的直接作用 糖皮质激素淋巴细胞凋亡 甲状腺素蝌蚪变青蛙 兴奋性神经递质神经元凋亡（谷-皮质） 某些激素的和细胞因子的间接作用 睾丸组织睾丸酮前列腺上皮细胞凋亡,病理性的凋亡信号 诱导性的因素: 生物及化学毒素 应激 病毒感染 射线 化疗药物 高温 抑制性的因素： 化学促癌物 某些病毒(eb、乳头状瘤),病理性凋亡信号诱导凋亡的环节,氧化应激的作用 射线oh.膜脂质过氧化ca2+内流 死亡受体的激活 fasl fas caspase8 线粒体结构和功能的改变 诱导因素 m ptp开放 pt 其它 ca2+蛋白质、磷脂和核酸分解酶的激活,细胞凋亡信号的转导,死亡受体介导的凋亡通路 线粒体介导的凋亡通路 （死亡受体非依赖凋亡通路）,tnf超家族的死亡配体和受体,死亡配体： fasl、 tnf-、tweak和trail 死亡受体： fas、tnfr 和 dr3-5,死亡受体介导的凋亡通路：fas,死亡受体介导的凋亡通路:tnf,线粒体介导的凋亡通路,氧化应激 m 钙稳态失衡 通透性转换孔开放 膜通透性 凋亡启动因子 smac/diablo (cyto-c、aif、apaf-1） 细胞凋亡,线粒体介导凋亡的机制,cyto-capaf-1procaspase-9caspase-9 aifcyto-c凋亡的信号核酸内切酶 smac/diablo凋亡抑制蛋白,线粒体介导的凋亡通路,细胞凋亡的执行,caspases 内源性核酸内切酶 其它 组织型转谷氨酰胺酶,表8-3 caspase的新旧名对照,caspase的分类,启动型caspases ( caspase-810) 死亡受体介导的凋亡通路：caspase-8 线粒体介导的凋亡通路：caspase-9 效应型caspase (caspase-3、6、7),caspase功能,灭活凋亡抑制蛋白 直接破坏细胞结构 分解与细胞骨架构成相关的蛋白 瓦解核结构成核碎片,dna在连接区断裂 核酸电泳出现特征性梯状图谱 (180-200bp的整数倍片段) 内源性核酸内切酶的作用,核染色质dna裂解,染色质的基本结构,核小体,核小体,核小体,组织型转谷氨酰胺酶,组织型转谷氨酰胺酶 谷氨酰赖氨基稳定的构架凋亡小体 胞浆ca2+ calpains酶膜再塑凋亡,细胞凋亡的基因调控,bcl-2家族 p53 其它：c-myc,bcl-2家族,分类 抗凋亡成员：bcl-2和bcl-xl 促凋亡成员：bax和bak； bh3-only死亡蛋白,bcl-2抗调亡的作用及机制,分布: 线粒体内膜、细胞膜内表面、内质网和核膜 抗调亡作用的证据： ngf ngf神经细胞细胞凋亡 转染bcl-2 神经细胞凋亡 淋巴细胞性白血病病人：bcl-2阳性20,bcl-2抗凋亡的机制,直接抗氧化 抑制线粒体释放促凋亡蛋白(cyto-c/aif) 抑制促凋亡性调节蛋白(bax、bak)作用 抑制凋亡蛋白酶 (caspases)的激活 维持细胞钙稳态,p53对凋亡的调控,野生型p53 ( wtp53 ) wtp53型:具有诱导细胞凋亡的功能 突变型p53(mutp53) 突变p53型:促进细胞凋亡 促进细胞增殖,c-myc,c-myc是癌基因,具有双向的调节作用 细胞增殖(gf) c-myc 细胞凋亡( gf),吞噬细胞对凋亡细胞的识别与吞噬,吞噬细胞: 巨噬细胞、肿瘤细胞、正常细胞（上皮） 识别与吞噬机制： 1.吞噬细胞凝集素（lectin)的作用 2.血小板反应蛋白(tsp)介导吞噬 3.磷脂酰丝氨酸受体的作用,吞噬细胞凝集素（lectin)的作用 凋亡细胞 单糖凝集素 吞噬细胞 血小板反应蛋白(tsp)介导吞噬 巨噬细胞 tsp cd36 中性粒细胞(凋亡) 分子桥 磷脂酰丝氨酸受体的作用 凋亡磷脂不对称分布暴露内层成份mc识别/吞噬,第二节 细胞凋亡异常与疾病,细胞凋亡的概述 细胞凋亡的调控 细胞凋亡异常与疾病 调控细胞凋亡与疾病的防治,细胞凋亡异常与疾病,凋亡的生理意义 确保正常生长发育（指/趾） 维持内环境稳定（受损，突变，衰老） 发挥防御功能（清除hiv-cd4+） 凋亡的病理意义 细胞凋亡不足与疾病(肿瘤) 细胞凋亡过度与疾病(aids) 凋亡不足和过度共存与疾病(as),abnormal cell apoptosis and related diseases,insufficient apoptosis and related disease excessive apoptosis and related disease coexistence of apoptosis insufficiency & excess and related disease,insufficient apoptosis and related diseases,insufficient apoptosis and tumor insufficient apoptosis and viral infection disease insufficient apoptosis and autoimmune diseases,凋亡不足与肿瘤,细胞凋亡不足与肿瘤的发生 bcl-2:过表达,且预后不良 p53基因:突变或缺失(非小细胞肺ca突变50%） 细胞凋亡不足与肿瘤的发展 细胞增殖 细胞凋亡 细胞增殖- 细胞凋亡 细胞增殖 细胞凋亡 细胞凋亡不足与肿瘤的转移 正常细胞存活依赖特异性环境因素 环境不适凋亡 肿瘤细胞失去上述特性 转移性肿瘤凋亡反应转移灶,insufficient apoptosis and tumor,mechnism of insufficient apoptosis in tumor imballance of anti- apoptotic and pro-apoptotic signal egf / tnf imbannlace of anti- apoptotic and pro- apoptotic receptor egfr/ tnfr imbanlace of anti-apoptotic and pro-apoptotic transductor bcl-2, bcl-xl / p53, p27, p57 or bak, bax impairment of apoptotic pathway pi3k-akt, ras-mapk/dr, mit, ers,abnormal cell apoptosis and related diseases,insufficient apoptosis and related disease excessive apoptosis and related disease coexistence of apoptosis insufficiency & excess and related disease,excessive apoptosis and related disease,excessive apoptosis and aids excessive apoptosis and heart disease excessive apoptosis and ad,excessive apoptosis and aids,mechanism of cd4+ lymphocytes excessive apoptosis overexpression of hiv-cd4+ products cd4+凋亡 （gp120/fas /tnf/ ros ) gp120糖蛋白过表达 hiv fas基因表达 dr-pathway mc/ cd4+ tnf /氧自由基 multinucleated giant cell formation cd4+凋亡 hypoexpression of some growth factors t增殖 hiv ?lymphocyte growth factor t/mc凋亡 induction of uninfected cd4+ 凋亡 tat infected cd4+ uninfected cd4 + apoptosis ,abnormal cell apoptosis and related diseases,insufficient apoptosis and rel