细胞分子生物学大总结--量多,慎入.doc

衰老的细胞结构学基础，如何调控细胞的衰老的相关实验：Senescence is an autonomous property of normal cells，Hayflick and Moorhead, 1965，是通过用40次分裂的male细胞和10次分裂的female细胞来比较，30次后只有female细胞存在。衰老细胞特征：大多变大，运动性降低，饱和密度减少；衰老细胞不同于在G0期的静止细胞，因为衰老是不可逆的；衰老细胞抵抗凋亡，这就解释了为什么衰老细胞没有被清除而是积累老化。衰老细胞的标志：senescence markers：SA-Bgal and DDR signaling1，本质上不可逆的生长停滞；2，细胞增大；3，表达衰老相关的半乳糖苷酶;4，通过活化pRB，表达p16INK4a，导致形成衰老相关的异染色质聚点（SAHF）：K9M-H3, HP1, and Rb5，衰老细胞通过持久的DDR信号来分泌生长因子，蛋白酶，CK和其他因子。6，细胞开始衰老，用持久的DDR信号来庇护DNA片段，用染色体修改来增强衰老聚点，包括已活化的DDR蛋白。细胞衰老的特征：研究表明，衰老细胞的细胞核、细胞质和细胞膜等均有明显的变化： 细胞内水分减少，体积变小，新陈代谢速度减慢；细胞内酶的活性降低；细胞内的色素会积累；细胞内呼吸速度减慢，细胞核体积增大，核膜内折，染色质收缩，颜色加深。线粒体数量减少，体积增大； 细胞膜通透性功能改变，使物质运输功能降低。衰老细胞的形态变化表现有：1、核：增大、染色深、核内有包含物2、染色质：凝聚、固缩、碎裂、溶解3、质膜：粘度增加、流动性降低4、细胞质：色素积聚、空泡形成5、线粒体：数目减少、体积增大6、高尔基体：碎裂7、尼氏体：消失8、包含物：糖原减少、脂肪积聚9、核膜：内陷自由基与衰老：自由基是一类瞬时形成的含不成对电子的原子或功能基团，普遍存在于生物系统。其种类多、数量大，是活性极高的过渡态中间产物，正常细胞内存在清除自由基的防御系统，包括酶系统和非酶系统。前者如：超氧化物歧化酶(SOD)，过氧化氢酶(CAT)，谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)，非酶系统有维生素E，醌类物质等电子受体。 自由基的化学性质活泼，可攻击生物体内的DNA、蛋白质和脂类等大分子物质，造成损伤，如DNA的断裂、交联、碱基羟基化。蛋白质的变性而失活，膜脂中不饱和脂肪酸的氧化而流动性降低。超氧化物岐化酶与抗氧化酶的活性升高能延缓机体的衰老。细胞衰老与肿瘤抑制：1，细胞衰老取决于至关重要的两个强有力的肿瘤阻抑通路：p53和 pRB/p16INK4；2，任一通路的缺失都可能导致细胞衰老，并且极大可能增加组织的癌症；3，恶化前的结肠腺癌细胞表达衰老标志，包括SA-Bgal和DDR信号；但是衰老在结肠腺癌中明显减少4，同样，在致癌基因Ras表达或Pten敲出的鼠模型中，衰老细胞大多是癌前病变的，但是即使发展下去也很少形癌症。5，通过失活p53来解除衰老响应，导致显著的加速形成恶性肿瘤。6，回应化疗，或重新活化p53，衰老响应是与肿瘤抑制相关滴。端粒与衰老：细胞复制的失败可能是由于端粒受损：端粒位于染色体末端的高度重复的DNA区域；它们可以阻止末端染色体在复制的时候连接在一起；DNA聚合酶不能完全复制端粒；端粒随着每次细胞分裂就变短一次除非被端粒酶维持；最终细胞不能复制，经历复制衰老。IPS与ES比较：ES是胚胎干细胞iPS是诱导多能干细胞 1来源不同 一个是来自胚胎，一个是来自已经分化的体细胞。2获得个工艺不一样，ES直接从胚胎提取，ips是通过体细胞导入一些基因诱导产生。3能力不同，ES比ips的能力要强，ips对于部分细胞分化有局限性，ES有更好的全能性。4ES使用中有伦理观念的限制，而ips不存在这个问题，他可以用自身的体细胞诱导产生。跳过伦理观念的限制。5.ES细胞全能性的机制：Oct4, Sox2 and Nanog form an interconnected auto- regulatory network。iPS细胞重编成的机制：外源Oct4和Sox2重新活化的内源的Oct4，Sox2和Nanog和它们的自我调节环，然后就自我维持。外源因子通过DNA甲基化被沉默。6.iPS细胞的免疫原性:要比ES细胞好，可以造成肿瘤抑制。IPS制作：诱导多能性：两阶段转化Stage1，由体细胞到部分重编成细胞：下调系基因；活化ES细胞的特殊基因；染色体在多能基因处重构Stage2，由部分重编成细胞到iPS细胞：自我调节环的复苏；ES细胞转录网络的全部活化；彻底的转录基因的沉默分离体细胞，体外培养5-6代；通过转基因导入重编程基因；在筛选培养基中筛选培养10-30天；挑取克隆，扩增形成iPS细胞系；iPS细胞鉴定(表面标志物、分化全能性)等。IPS细胞的潜力：能够分化成多种细胞类型容易获取个体特异性如个人的或者非免疫基因的极大的可再生的对研究疾病的机制有用对药物，毒性测试有用iPS细胞的缺陷：1） 使用c-myc（可以用化学代替物如VPA等来代替）2） 诱导的低效率（可以用单个逆转录病毒或者慢病毒载体来取代四种载体）3） 转基因整合（可以用不整合的载体）4） Are iPSCs as good as ESCs?未来的任务：温和的改变所有的基因突变，获得无病的干细胞：用于基因修改的载体：基于人类合成的染色体HAC的载体；腺病毒载体；基于人造细菌BAC的载体最大的问题是缺少导致疾病相关基因的信息。更有效地产生更安全的iPS细胞：降低转录因子的使用数目；特殊通路；更好的载体仍然需要解决的问题：1) iPS细胞是如何致瘤的？2) iPS细胞核干细胞之间的区别？3) 怎样使iPS细胞有最好的临床潜能4) 怎样克服iPS细胞的免疫原性?5) 转分化取代？6) 怎样使iPS产生的方法有很大的改进？如何证明IPS全能性：周琪等制备了37株iPS细胞，利用其中6株iPS细胞系注射了1500多个四倍体胚胎，最终3株iPS细胞系获得了共计27个活体小鼠，经多种分子生物学技术鉴定，证实该小鼠确实从iPS细胞发育而成，有些小鼠现已发育成熟并繁殖了后代。这是世界上第一次获得完全由iPS细胞制备的活体小鼠，有力地证明了iPS细胞具有真正的全能性。癌基因：细胞中发生了突变或过度表达并可引起细胞癌变的原癌基因。活化后能引起正常细胞转变为癌细胞的基因。原癌基因proto-oncogene：是细胞内与细胞增殖相关的基因，是维持机体正常生命活动所必须的，在进化上高等保守。当原癌基因的结构或调控区发生变异，基因产物增多或活性增强时，使细胞过度增殖，从而形成肿瘤。抑癌基因：是指能够抑制细胞癌基因活性的一类基因，其功能是抑制细胞周期，阻止细胞数目增多以及促使细胞死亡。通常是一对等位基因均告缺失或都因突变而失去活性时，细胞发生癌变，此时缺失或突变的基因一般就是抑癌基因。p53蛋白结构和功能：P53蛋白为核内转录因子，包括核心区的DNA结合域，N端转录激活域和C端介导寡聚体化的结构域。1、p53的中央域识别和结合一个10bp的启动子序列，可激活转录（通过N-端的反式激活域）。p53突变大多发生于中央DNA结合域。2、可阻断细胞进入S期，细胞增殖负调控因子，可抑制c-myc表达及功能3、P53的一个等位基因突变，其产物可抑制另一个野生型产物的作用，通过蛋白-蛋白作用而失活。4、P53突变协助ras基因致癌，P53成为癌基因，这称为显性致癌（dominant oncogenic）5、正常情况下p53以低水平存在，半衰期短。DNA损伤稳定p53并增加其转录活性Rb基因产物及功能：编码P105-Rb的核蛋白，可与DNA结合，属反式调控因子，其活性受磷酸化（有活性）/去磷酸化调节，能提供细胞增殖，分化负调控信号，阻止细胞进入S期；阻断c-fos，抑制c-vmyc表达。抑癌基因与原癌基因生物学性质差异：1. 功能：抑癌基因在细胞生长中起负调节作用，抑制增殖、促进分化成熟与衰老，或引导多余细胞进入程序性细胞死亡，原癌基因的作用则相反。2. 遗传方式：原癌基因是显性的，突变导致非正常激活后即参与促进细胞增殖和癌变过程，而抑癌基因为隐性，只有发生纯合失活时才失去抑癌功能。3. 突变的细胞类型：抑癌基因突变不仅可发生在体细胞中，也可发生在生殖细胞中，并遗传给下一代，而原癌基因只在体细胞中产生突变。恶性肿瘤的发生归根到底是因为原癌基因的突变和抑癌基因的功能丧失，往往涉及多个基因的改变。原癌基因、抑癌基因与细胞癌变的关系:1. 正常条件下，原癌基因和抑癌基因既相互拮抗又相互配合，处于一个动态平衡的状态，共同控制着细胞的增殖活动。2. 原癌基因的激活，或抑癌基因的失活，均能打破二者之间的动态平衡，使细胞增殖失控而发生恶性癌变。核骨架:是细胞核中除去核膜、核孔复合体、核纤层、染色质和核仁之外的一个由纤维蛋白组成的网架结构体系。这一结构体系与DNA复制、基因表达和染色体包装与构建及维持细胞核形态结构等有密切关系。核骨架的功能:1. 为DNA的复制提供支架，结合有DNA复制所需要的酶 。2. 是基因转录加工的场所，有RNA聚合酶的结合位点，RNA的合成在核骨架上进行。3. 与染色体构建有关，一般认为核骨架与染色体骨架为同一类物质，30nm的染色质纤维就是结合在核骨架上，形成放射环状的结构，在分裂期进一步包装成光学显微镜下可见的染色体。核纤层:由核纤肽（lamin）构成，核纤肽一类中间纤维，分为A 、B 两型。作用：1保持核的形态：2参与染色质和核的组装：核纤层在细胞分裂时呈现出周期性的变化，在间期核中，核纤层提供了染色质（异染色质）在核周边锚定的位点。在前期结束时，核纤层被磷酸化，核膜解体。其中B型核纤肽与核膜残余小泡结合，A型溶于胞质中。在分裂末期，核纤肽去磷酸化重新组装，介导了核膜的重建。ECM组成部分类型：胶原、蛋白聚糖、透明质酸、大型糖蛋白、弹性蛋白，Fibrillins, elastin, LTBPs, MAGPs, fibulinsECM组成部分类型概括就是，大多数ECM蛋白是大的、模块化、多区域糖基化的蛋白质。不同区域招募不同ECM蛋白。ECM功能：1，充当结构的支持，维持细胞组织性和完整性；2，划分组织；3，给骨牙齿提供硬度；4，传递信息给临近细胞；5，在发育过程中，充当细胞迁移的高速公路Cell-ECM 粘附（包含两种：半桥粒和粘着斑）作用：细胞的形态；细胞骨架的组装；细胞的存活；细胞的凋亡；细胞的增殖；细胞的分化；细胞的迁移。细胞外基质对细胞的作用是从粘附、铺展开始的。细胞的铺展由细胞骨架的重新组装所致。细胞外基质对细胞的存活、增殖具有不可或缺的作用。表观遗传学(epigenetic) ：DNA的序列不发生变化、基因表达改变、并且这种改变可就是不基于DNA差异的核酸遗传,即细胞分裂过程中，DNA 序列不变的前提下，全基因组的基因表达调控所决定的表型遗传，涉及染色质重编程、整体的基因表达调控（如隔离子，增强子，弱化子，DNA甲基化，组蛋白修饰等功能 )及基因型对表型的决定作用。表观遗传学的特点：没有DNA序列的改变或不能用DNA序列变化来解释；可遗传的，即这类改变通过有丝分裂或减数分裂，能在细胞或个体世代间遗传；可逆性的基因表达调节-基因活性或功能的改变。表观遗传学的研究意义 1.表观遗传学补充了“中心法则”所忽略的两个问题，即哪些因素决定了基因的正常转录和翻译以及核酸并不是存储遗传信息的唯一载体。 2. 表观遗传信息可以通过控制基因的表达时间、空间和方式来调控各种生理反应。所以许多用DNA序列不能解释的现象都能够找到答案。 3. 与DNA序列的改变不同，许多表观遗传的改变是可逆的，这使表观遗传疾病的治愈成为可能。 表观遗传学的研究内容：l基因转录后的调控：基因组中非编码RNA ；微小RNA（miRNA）；反义RNA ；内含子、核糖开关等；l基因选择性转录表达的调控：DNA甲基化；组蛋白共价修饰；染色质重塑；基因印记。组蛋白修饰的种类 ：乙酰化：一般与活化的染色质构型相关联，乙酰化修饰大多发生在H3、H4的 Lys 残基上。 甲基化: 发生在H3、H4的 Lys 和 Arg 残基上，与基因抑制和基因的激活相关，取决于被修饰的位置和程度。 磷酸化:发生与 Ser 残基，一般与基因活化相关。 泛素化:一般是C端Lys修饰，调控基因表达。 SUMO化:可稳定异染色质。 其他修饰 甲基化反应机理： 1.甲基结合反应由甲基转移酶催化 2.去甲基化是由赖氨酸去甲基酶催化完成3.甲基的供体：S-腺苷甲硫氨酸(SAM) 组蛋白甲基化修饰的作用：通过直接影响蛋白结构改变功能；作为信号被其他分子识别;作为其他化学步骤的过渡反应。组蛋白乙酰化是由组蛋白乙酰基转移酶(HAT)和组蛋白去乙酰基酶(HDAC)协调催化完成，修饰的部位一般位于N-末端保守的赖氨酸残基上。组蛋白乙酰化是一个可逆的动力学过程，可以调节基因的转录。 .功能性非编码RNA在表观遗传修饰中发挥极其重要的作用。ncRNA按照大小可分为两类：长链非编码RNA和短链非编码RNA。 长链非编码RNA在基因簇乃至于整个染色体水平上发挥顺式调节作用，短链RNA在基因组水平对基因的表达进行调控。 miRNA的表达受甲基化和其他表观遗传机制的调控；siRNA诱导DNA的甲基化 翻译后转运：蛋白质在游离核糖体上合成、释放后才发生运转如：线粒体、叶绿体等蛋白质的转运(蛋白质寻靶)线粒体蛋白质的信号序列有三种：基质信号序列内膜腔信号序列转运停止序列和外膜腔信号序列线粒体蛋白质转运的特点:指导转运的所有信息存在于N-Terminus只有未折叠的蛋白质才可以转运转运发生在靠近外膜与内膜处转运到线粒体(mitochondria)转运到线粒体：1. 蛋白质与Hsp70等结合2. 受体识别Hsp70合的待运转多肽的前导序列3. 蛋白质通过Tom,Tim膜受体通道4. 蛋白酶水解前导肽5. 折叠为正确的构象.核质转运的意义：所有核糖体蛋白都首先在细胞质中被合成，运转到细胞核内，在核仁中被装配成40S 和60S 核糖体亚基，然后运转回到细胞质中行使作为蛋白质合成机器的功能。RNA、DNA聚合酶、组蛋白、拓朴异构酶及大量转录、复制调控因子都必须从细胞质进入细胞核才能正常发挥功能。蛋白质核质转运中的三大类重要蛋白1. Ran-GDP 与RanGTP2. Importin（Two subunits of importin: importin和importin ）3. Exportin（1. CAS- export importin 2. CRM1-export NES protein (such as snurportin 1)）三元复合物中的importin 与Ran-GTP 紧密结合,同时二者的结合部分覆盖了importin 与importin 的结合位点,使结合有底物蛋白的importin 与importin 解离,从而把底物蛋白释放在细胞核内.蛋白质核质转运的几个典型例子1. NF-B shuttling：当细胞受细胞外信号刺激后，IB激酶复合体（IB kinase, IKK）活化将IB磷酸化，使NF-B暴露核定位位点。游离的NF-B迅速移位到细胞核，与特异性B 序列结合，诱导相关基因转录。NF-B is critical to innate and adaptive immunity, cell proliferation, inflammation, and tumor development 2. Wnt/-catenin pathway：-Catenin既是细胞连接的重要组成部分, 又是经典Wnt信号通路的关键信号分子。-catenin 是Wnt信号通路正向调节的重要效应分子，该分子在细胞核内累积导致肿瘤发生。Wnt/-catenin 调控细胞增殖、细胞周期、细胞凋亡、细胞迁移、胚胎发育及干细胞的功能Wnt信号途径能引起胞内-连锁蛋白（-catenin）积累。-catenin（在果蝇中叫做犰狳蛋白Armadillo）是一种多功能的蛋白质，在细胞连接处它与钙粘素相互作用，参与形成粘合带，而游离的-catenin可进入细胞核，调节基因表达。Wnt信号在动物发育中起重要作用，其异常表达或激活能引起肿瘤。 Wnt信号途径可概括为：WntFrz和LRP5/6Dsh-catenin的降解复合体解散-catenin积累，进入细胞核TCF/LEF基因转录（如c-myc、cyclinD1）。 3. Cell cycle-related protein shuttling：一类与细胞周期功能状态密切相关的蛋白质家族，其表达水平随着细胞周期发生涨落，可通过与特定蛋白激酶结合并激活其活性，从而在细胞周期的不同阶段发挥调控作用。 线粒体的结构1.内膜：通透性很低,内膜上具有呼吸链酶系及ATP酶复合体2.外膜: 具有孔蛋白(porin)构成的亲水通道，通透性高3.膜间隙：是内外膜之间的腔隙,形成质子势4.基质: 含三羧酸循环、脂肪酸、丙酮酸和氨基酸氧化的酶类mtDNA、RNA、蛋白合成体系纤维丝和致密颗粒状物质等用脱氧胆酸处理mt内膜、分离出4种 呼吸链复合物。1 、复合物I (complex I) ：NADH 脱氢酶。 作用：催化NADH 的2个电子至辅酶Q，同时由基质(M) 侧转移4 个质子至膜间隙(I) 。2、复合物II (Complex II) ：琥珀酸脱氢酶FADH 作用：催化琥珀酸的低能电子至辅酶Q，不转移质子。3、复合物III (Complex III)：细胞色素还原酶。 作用：催化电子从辅酶Q 传给细胞色素c ，每转移1 对电子转移4个H至膜间隙。4、复合物IV (Complex IV) ：细胞色素氧化酶 作用：将从细胞色素c 接受的电子传给氧，每转移一对电子从基质中摄取4个质子：在基质侧消耗2个质子形成水，同时转移2个质子至膜间隙。两条主要的呼吸链复合物I -III-IV组成，催化 NADH的脱氢氧化。复合物II-III-IV组成，催化 FADH的脱氢氧化。主产物ATP, 次产物ROS ROS DNA damage Genomic instability Cancer自噬体- 溶酶体系统是细胞利用溶酶体清除细胞内过剩或有缺陷的细胞器和大分子物质的过程，是真核细胞特有的生命现象，在细胞的生长、发育和疾病发生中起着重要的作用。Autophagy hallmarks：1. LC3-I LC3-II processing；2. LC3 accumulation in autophagosomes三羧酸循环是乙酰CoA最终氧化为H2O和CO2的途径；2）糖代谢产生的碳骨架最终进入三羧酸循环氧化；3）脂肪分解产生的甘油可通过糖有氧氧化进入三羧酸循环氧化，脂肪酸经-氧化产生乙酰CoA进入三羧酸循环氧化；4）蛋白质分解产生的氨基酸脱氨后碳骨架进入三羧酸循环氧化，同时，三羧酸循环的中间产物可作为氨基酸的碳骨架接受氨基后合成非必需氨基酸。所以，三羧酸循环是三大营养物质代谢共同通路卵子发生(oogenesis)：原生殖细胞进入胚胎卵巢后分化成为卵原细胞（oogonia）。卵原细胞分裂增殖，进入第一次减数分裂前期，形成初级卵母细胞（primary oocyte ）。初级卵母细胞停止在第一次减数分裂的前期，这种阻断的情况一直维持到青春期。随着青春期的开始，初级卵母细胞在卵巢内激素的作用进一步发育成熟，阶段性地恢复减数分裂，接着第二次减数分裂发生，进行排卵。成熟的卵处于第二次减数分裂的中期。精子发生：脊椎动物的PGCs到达雄性胚胎的生殖腺原基后，立即进入性索，然后停留在那里直到成熟。性索发育成为生精小管，其管上皮细胞分化形成支持细胞（sertoli cell ）。PGCs分裂形成精原细胞。雌雄减数分裂的时间不同：在雄性，精原细胞进入减数分裂，产生精子从青春期到死。每次射精有100-500百万个精子。在雌性，第一次减数分裂在排卵期彻底完成。在人类，第二次减数分裂发生在实际受精过程之前。因此，在雌性，彻底的减数分裂可以被拖延到50年。一次产一个，直到更年期终止。哺乳动物雌雄原核的不均等性：形成合子的雌雄原核所携带的单倍体基因组并不等同。一个尚未被了解的生物学进程选择性地沉默父本或母本来源的等位基因，即印记。l Imprinting:指某一个基因是否在胚胎中表达，取决于其来自于父亲或母亲。雄核和雌核在发育中的作用不完全相同，都是胚胎正常发育所必需的。Imprinting基因在卵子发生或精子发生过程中被打上了不同印记的基因。由于印记不同，来源于雌核和雄核基因的表达模式也不同，即在胚胎发育过程中，有些基因仅来自于雄性的表达，而另一些基因仅来自于雌性的表达。 因此只有来自于精子和卵子的二倍体才能正常发育，而仅来自于雌核或雄核的二倍体胚胎则要在发育过程中夭亡。细胞核的主要结构包括：核被膜（nuclear envelope）、核仁（nucleolus ）、核基质（nuclear matrix）、染色质（chromatin）、核纤层（nuclear lamina）等部分核孔复合体成份的研究：gp210：结构性跨膜蛋白;介导核孔复合体与核被膜的连接，将核孔复合体锚定在 “孔膜区 ”，从而为核孔复合体装配提供一个起始位点p62 ：功能性的核孔复合体蛋白，具有两个功能结构域;可能在核孔复合体功能活动中直接参与核质交换。核孔复合体的功能： 核孔复合体是核质交换的双向性亲水通道 双功能：两种运输方式：被动扩散和主动运输； 双向性：介导蛋白质的入核转运，又介导RNA、RNP的出核转运。 核孔复合体物质运输功能示意图 亲核核质蛋白向细胞核的输入：蛋白与NLS 受体，即importin /二聚体结合；货物与受体的复合物与NPC胞质环上的纤维结合；纤维向核弯曲，转运器构象发生改变，形成亲水通道，货物通过；货物受体复合体与Ran-GTP结合，复合体解散，释放出货物；与Ran-GTP结合的importin ，输出细胞核，在细胞质中Ran 结合的GTP水解，Ran-GDP返回细胞核重新转换为Ran-GTP；importin 在核内exportin的帮助下运回细胞质转录产物RNA的核输出：转录后的RNA通常需加工、修饰成为成熟的RNA分子后才能被转运出核。 RNA聚合酶I转录的rRNA 分子：以RNP的形式离开细胞核，需要能量； RNA聚合酶III转录的5s rRNA与tRNA 的核输出由蛋白质介导 RNA 聚合酶II 转录的hn RNA ，在核内进行5 端加帽和3 端附加多聚A序列以及剪接等加工过程，然后形成成熟的mRNA出核，5端的m7GpppG “帽子”结构对mRNA的出核转运是必要的； mRNA的出核转运过程是有极性的，其5端在前，3端在后。 核输出信号(NES)：RNA分子的出核转运需要蛋白分子的帮助，这些蛋白因子本身含有出核信号。凋亡形态学特征：1，凋亡起始：细胞间接触消失，特化消失，核糖体从RER脱落，ER膨胀与质膜融合，染色体固缩形成新月形帽形；2，凋亡小体：核染色质断裂形成凋亡小体；3，被吞噬：细胞质膜完整，内含物不外泄，不引起炎症，是主动自杀，需要ATP。凋亡检测方法：1，形态观测：台盼蓝、DAPI染色；2，DNA电泳:180-200bp呈DNA梯状条带；3，TUNEL测定法；4，彗星电泳法；5，流式细胞仪凋亡的分子机制：1，caspase依赖：外源途径和内源途径；2，非caspase依赖自噬形态学特征：1，高尔基体和内质网等细胞器膨胀；2，胞质无定形，核碎断、固缩；3，形成大量吞噬泡；4，细胞质膜失去特化，可能发生细胞膜出泡现象。自噬功能：1，细胞营养缺乏时营养的动员；2，细胞间分化；3，细胞死亡及老化；4，阻止癌症的发生。自噬的特性：1）自噬是细胞消化掉自身的一部分，细胞保持了一种很低的、基础的自噬活性以维持自稳。2）自噬过程很快，这有利于细胞快速适应恶劣环境。3）自噬的可诱导特性：表现在2个方面，第一是自噬相关蛋白的快速合成，这是准备阶段。第二是自噬体的快速大量形成，这是执行阶段。4）批量降解：这是与蛋白酶体降解途径的显著区别5）“捕获”胞浆成分的非特异性：由于自噬的速度要快、量要大，因此特异性不是首先考虑的，这与自噬的应急特性是相适应的。6）自噬的保守性：由于自噬有利于细胞的存活，因此无论是物种间、还是各细胞类型之间（包括肿瘤细胞），自噬都普遍被保留下来。检测自噬的方法：1）观察自噬体的形成2）在荧光显微镜下采用GFP-LC3融合蛋白来示踪自噬形成：3）利用Western Blot检测LC3-II/I比值的变化以评价自噬形成：LC3-II/I比值的大小可估计自噬水平的高低。4）检测长寿蛋白的批量降解：非特异5）MDC（Monodansylcadaverine，单丹磺酰尸胺）染色：包括自噬体，所有酸性液泡都被染色，故属于非特异性的。6）CellTrackerTM Green染色：主要用于双染色，但其能染所有的液泡，故也属于非特异性的。为什么线粒体内存在基因：Proposed solution (hypothesis): The location has an advantage, since energy conversion, in order to be both safe and efficient, requires a set of proteins whose genes reside with them, in the same compartment of the cell. 因为为了能量转换，安全高效，需要在同一部位有一系列的蛋白质，所以线粒体自己编码。衰老的线粒体理论：电子传递给错误的电子受体形成氧自由基，然后损坏线粒体基因，导致编码有缺陷的蛋白，进一步导致更多的错误电子传递，损坏更难多的基因，制造更多的有缺陷的蛋白，循环。？线粒体从母亲遗传，线粒体衰老指出子代应该继承母亲的损伤状态，但是并没有。可能的原因是分开的两性允许线粒体的专业化，有的充当基因模板（母系基因系），有的充当能量转移体（父系基因系），但是没有同时具有两种功能的。卵子携带受保护的模板线粒体，并且在雌性发育的早期阶段隐去。母系有时限的再生能力，卵母细胞的线粒体的模板损伤达到一定阈值就变的无用了。如何证明ES细胞的多能性、三个方法及实验、实验目的？检测ES多能性实验 1.嵌合体实验：把ES注入另一个囊胚中，取代内细胞团，是否形成嵌合体2.畸胎瘤实验：把ES注入小鼠中，看是否形成畸胎瘤（含有三个胚层的细胞）3.体外分化：移去滋养层细胞，加入LIF，检测其分化能力Developments toward the “safer” iPS generationReduced number of transcription factor use；Specific pathways；Better vectors。Inflammation and Cancer - Facts 慢性炎症增加发成癌症的风险； 在亚临床条件下，经常探测炎症，可能在增加癌症风险上是重要的，如肥胖诱导的炎症。 多种类型的免疫和炎症细胞经常与肿瘤细胞共表达； 免疫细胞通过产生细胞因子、趋化因子、生长因子、前列腺素、活性氧和氮物种来影响恶性细胞； 炎症影响肿瘤发成的每一个步骤，从启发到肿瘤引发，一直影响转移的进展； 在发展抗肿瘤免疫和前肿瘤免疫和炎症共存机制，但是如果肿瘤没有没有被拒绝，前肿瘤效果占主导地位。 介导炎症的前肿瘤效应的信号通路常受制于一个前馈环，如在免疫细胞中活化NF-kB可以诱导产生细胞因子活化癌症细胞中的NF-kB，进而诱导趋化因子吸引更多的炎症细胞到肿瘤。 特定的免疫和炎症组分可能是非必要的在肿瘤形成的某一阶段。HCV Infection-associated CarcinogenesisHCV感染（肝脏受伤）kupffer和肝脏星型细胞活化增殖（在TNF-，TGF-作用下）本地炎症（TNF-，TGF-）组织重构和纤维变性（TNF-，TGF-）肝脏失守（肝脏硬化和肝细胞癌）NF-B in Apoptosis and Anti-ApoptosisCytokines In Response to Inflammation The Cells of the Tumor Microenvironment：CAF癌症相关纤维原细胞、CSC癌症干细胞、CC癌症细胞、EC内皮细胞、PC周皮细胞、ICs免疫炎症细胞、非侵袭肿瘤细胞；微环境阻止免疫系统到达肿瘤细胞。Inflammation and Tumor Initiation：炎症CK表观遗传机制肿瘤的起始炎症（炎症和CK都可以促进产生ROS、RNI，他们进一步导致了突变肿瘤起始）Inflammation in Tumor Promotion：免疫细胞（T细胞、DC、巨噬细胞）CK恶化前的细胞（NF-B和Stat-3）进而肿瘤发生；而恶化前的细胞也可以促进产生趋化因子免疫细胞CK恶化前的细胞Inflammation induced DNA损伤、肿瘤增殖、抗凋亡Immunosurveillance,Tumor-Promoting Inflammation：免疫监控和肿瘤促进的炎症之间关系：免疫监控抑制肿瘤发生；肿瘤促进的炎症可以抑制免疫监控，并且促进肿瘤的发生，而肿瘤的发生也可以反过来促进炎症的发生。The Multifaceted Role of Inflammation in Cancer：炎症在癌症中起着多层面的角色：如外环境、基因损伤、组织损伤、自发免疫、感染都可以导致炎症和免疫，进一步导致组织保护反应和免疫监控，组织保护反应可导致肿瘤促进的炎症，肿瘤促进的炎症一方面可以抑制免疫监控，另一方面可以导致组织重构引发组织促进的炎症，产生转移性癌症细胞。癌症的获得属性：阻止细胞死亡、维持增殖信号、回避生长阻抑、活化侵染和转移、诱导血管生成、促使永久复制。新兴特征：解除细胞能量的控制，避免免疫破坏赋予的属性：基因组不稳定和突变、肿瘤促进的炎症Types of Inflammation in Tumorigenesis and Cancer：治疗诱导的炎症、慢性炎症影响自身免疫、肿瘤相关的炎症.Two theories of tumor initiation have been postulated; 1. Tumours arise from normal adult stem or progenitor cells that have gone awry, 2. They arise from differentiated cells that acquire self-renewal capabilities. Tumorgenesis from Stem Cell in Chronic Inflammation：慢性炎症导致一直的损伤，致使分化的细胞不断下降，而活化的干细胞不断的增加，直到致瘤事件的发生。Inflammation-associated Carcinogenesis：Step1-DNA damage (NO)(TNF- NF-B)，Step2-Proliferation (TGF-b, EGF, IGFs)例子一：JAK-STAT Pathway in Cancer：A tyrosine Kinase-linked Signaling pathway例子二：RB/E2F1 Pathway in Cancers：Intracellular Protein Signaling pathway： RB induces autophagy by repressing E2F1 activity例子三：Autophage and Cancers：Mechanism of autophagy-mediated tumour suppressionThe role of autophagy in supporting the growth of aggressive cancers例子四：Inflammation, stress, and diabetes例子五：Immunity and Metabolic.总的来说，慢性炎症似乎总是先刺激而后抑制肿瘤的发展。大多数的肿瘤可从免疫细胞中获益并依赖免疫细胞。慢性炎症的持续存在在启动、维持、促进肿瘤生长中发挥重要作用。特异免疫及炎症细胞在上皮的恶性转化中如何发挥作用。广义地讲，有两种可能，一是肿瘤改变免疫反应，使之变成促致瘤炎症（例如，活性氧或细胞因子可进一步促进肿瘤生长）；二是持续的慢性炎症在组织干细胞向肿瘤细胞转化过程中发挥积极首要的作用。NFB 和STAT3 通路是促炎细胞因子及与肿瘤增殖和慢性炎症持续相关的重要介质释放的主要调控器。这些通路的活化会形成恶性循环，由此促致瘤炎症会导致细胞因子的进一步释放。表观遗传学改变可影响肿瘤微环境中的多种细胞。炎症不仅可以促使DNA损伤，而且可通过增加细胞因子、活性氧的释放以及加重相关缺氧进而导致表观遗传学改变的增加并形成恶性循环。STAT在多种人类恶性肿瘤组织及细胞系中存在高表达，而在正常组织中却很少或没有STAT的活化。 STAT3与肿瘤细胞间黏附和基质降解 ；STAT3与肿瘤血管生成 ；STAT3与肿瘤的免疫逃逸 。细胞之间的主要信号转到的方式及机制？Types of Intercellular Signaling：自分泌、旁分泌、内分泌、近分泌（通过膜蛋白） （神经突触？）RNA与蛋白质传递信息的比较RNA常见的分类型长短片段如何定义 RNA吸引之处：RNA间或RNA与DNA之间相互作用的精确性，即使单个替换可能影响识别；低能耗，蛋白质合成需要额外的能量；多产出的，几个ncRNA可以同时从单个基因内产生，也可以从内含子内产生。RNA 的种类及主要功能 Ribosomal RNAs (rRNAs):translation Transfer RNAs (tRNAs):translation Messenger RNAs (mRNAs):protein template Non - coding RNAs(ncRNAs):various types and functions长片段ncRNA 的定义：长片段ncRNA认为是长度大于200个核苷酸的非蛋白质编码RNA，它有别于具有调控作用的小分子非编码RNA，如miRNA，siRNA，核仁小RNAsnoRNA。lncRAN同mRNA一样是由RNA聚合酶II转录生成，但其具有时空表达特异性，缺乏有义开放阅读框ORF，不编码蛋白质，直接以RNA的形式发挥作用。在生命活动中具有调节转率、转录后加工、蛋白质翻译等多种作用，同时与包括癌症在内的多种疾病的发生发展有关。Long non-coding RNA 功能：1.染色质重塑：非编码RNA（ncRNA）可以募集染色质重塑复合物到特定的区域并影响其催化活性，进而调节基因的表达。2转录调节2.1通过募集转录因子到靶标基因的启动子区调节靶标基因的转录。2.2可充当转录因子的共激活子调节转录活性.2.3 结合到靶标基因的启动子区，阻碍转录因子对靶标基因的转录3 转录后调节：调节基因的选择性剪接Short ncRNA：如miRNA和siRNA，功能大家懂得。 与肥胖相关的糖尿病类型的分子和细胞机制、主要的基因及通路关键的因子如何影响胰岛素的敏感性糖尿病发病的中心环节：胰岛细胞分泌不足导致I 型糖尿病（绝对不足）；II 型糖尿病（相对不足，胰岛素耐受）I型糖尿病：患者胰岛B细胞破坏引起胰岛素绝对缺乏。I型糖尿病的发生应具备：易感基因和环境因素；在易感基因和环境因素的共同作用下诱发胰岛B细胞自身免疫引起胰岛B细胞损伤.在环境因素中病毒感染是重要因素，病毒感染可直接损伤胰岛组织引起糖尿病，也诱发自身免疫反应导致糖尿病。II 型糖尿病的分子机理多基因病是一种异质性疾病，是遗传因素和环境因素相互作用而形成的一种特殊生命过程，伴组织器官形态、代谢和功能的改变。主要原因是胰岛素抵抗和胰岛素分泌缺陷。II型糖尿病因素：1、遗传因素：患者遗传给下一代的不是病的本身，而是遗传易发生糖尿病的体质.临床上称之为易感性。2、 环境因素：1肥胖2 饮食3.体力活动减少4.应激状态病理生理（细胞机制）胰岛素缺乏是糖尿病的病理生理主要环节：1. 糖代谢紊乱:葡萄糖在肝、肌肉和脂肪组织的利用减少及肝糖输出增多是发生高血糖的主要机制。2. 脂肪代谢紊乱:糖尿病时，脂肪组织将葡萄糖转变为脂肪和脂肪酸因脂化能力下降，脂肪合成减少。由于胰岛素缺乏，脂蛋白酶合成减少，活性减低，血游离脂肪酸和甘油三脂浓度增高。在胰岛素极度缺乏时和机体能量不足的条件下，脂肪大量动员分解，产生大量酮体，若超过机体对酮体的氧化能力时，形成酮症，进一步发展为酮症酸中毒。3. 蛋白质代谢紊乱:蛋白质合成减弱，分解代谢加速，导致负氮平衡。II型糖尿病相关基因1. 胰岛素基因：A，胰岛素分子上的某一个氨基酸被代替，而此氨基酸对胰岛素的生物活性起关键性作用：B52 突变（苯丙氨酸亮氨酸）INS 一级结构改变-受体结合障碍。B，胰岛素原转换为胰岛素的过程中，正常的碱基残端被裂开。65位（精氨酸非咸性氨基酸）蛋白酶识别点消失 INS 加工障碍胰岛素原在C肽和B链之间断裂 2胰岛素受体基因3葡萄糖激酶基因：在少年起病成年型病人中发现了葡萄糖激酶（GCK）基因的改变及该酶活性下降。4糖原合成酶基因：在周围组织对葡萄糖的非氧化摄取、合成糖原的过程中，糖原合成酶（GSY）基因产物起到重要作用。这一过程的受阻可引起周围组织对胰岛素的抵抗，常伴高血压，并常有明显的家族遗传倾向。5载脂蛋白基因群：糖尿病患者多合并有血脂和脂蛋白成分的异常是引起糖尿病血管病变的一个重要危险因素。载脂蛋白（Apo）在脂类代谢中起重要作用，6线粒体tRNA 基因：线粒体（mt)基因突变糖尿病是1992年以来发现的以母系遗传、血糖升高，多数伴耳聋为主要特征的特殊类型的糖尿病，占2型糖尿病发病率的0.5%1.0%。胰岛素抵抗和胰岛素分泌缺陷是II型糖尿病发病机制的两个基本环节和特征。.2型糖尿病：人体在高血糖和高游离脂肪酸（FFA）的刺激下，自由基大量生成,进而启动氧化应激。氧化应激信号通路的激活会导致胰岛素抵抗（IR）、胰岛素分泌受损和糖尿病血管病变。氧化应激与糖尿病相互促进,形成一个难以打破的怪圈。 胰岛素抵抗就是指各种原因使胰岛素促进葡萄糖摄取和利用的效率下降，机体代偿性的分泌过多胰岛素产生高胰岛素血症，以维持血糖的稳定。可以了解一下：果糖；瘦素；脂联素；抵抗素抵抗素：一种脂肪细胞来源的多肽激素，称抵抗素（resistin）。研究显示抵抗素可能是肥胖与胰岛素抵抗（IR）联系的中介，参与IR的发生，影响糖代谢。脂肪细胞Resistin水平下降与胰岛素敏感性增高有关。Resistin可能作为一个信号分子发挥作用。肿瘤的微环境及组分肿瘤微环境：细胞组分：基质细胞，淋巴细胞，巨噬细胞，DC，内皮细胞，肌上皮细胞基质成分：胶原，纤连蛋白，通明质酸可溶性因子：CK，生长因子蛋白酶：肿瘤微环境作用：肿瘤发育，肿瘤进展，药物抵抗肿瘤细胞与微环境的相互作用：促结缔组织增生反应；血管和淋巴管生成；招募白细胞；旁自内分泌信号网络；微环境可能对肿瘤细胞贡献正负信号通过有生物活性的产物或者细胞间的接触；细胞外基质的重塑与新生血管的生成是肿瘤由潜伏转向活化的前提。血管的发生和生成的特点比较血管治疗的优点和缺点、与传统治疗的比较血管生成的因素、主要的药物正向和反向的举例？血管的发生vasculogenesis：从血管祖细胞重新生成血管；a，可在胚胎发育期；b，在成人，与循环祖细胞相关血管的生成angiogenesis：通过延长或重构现存的血管来形成新的血管；a，可在胚胎发育期；b，在成人，伤口的康复、月经周期、肿瘤的血管生成Normal Body Blood Vessel Formation Stages：A: 血管发生B: 血管源的重构C: 稳定成熟D: 去稳定E: 回归F: 发芽肿瘤血管治疗：仅作用于肿瘤细胞增殖的化疗药物不同，通过与VEGF特异性结合，阻止其与受体相互作用，发挥对肿瘤血管的多种作用：使现有的肿瘤血管退化，从而切断肿瘤细胞生长所需氧气及其他营养物质；使存活的肿瘤血管正常化，降低肿瘤组织间压，改善化疗药物向肿瘤组织内的传送，提高化疗效果；抑制肿瘤新生血管生成，从而持续抑制肿瘤细胞的生长和转移。肿瘤血管阻断疗法与传统的抗癌治疗相比具有许多优点： 1、 对任何肿瘤，都有效。2、药物剂量小、药效高。3、作用具有放大效应。4、没有抗药性。5、保护、激活免疫。6、较强的镇痛活性。肿瘤血管阻断疗法缺点：1，抗肿瘤血管治疗不能完全杀死肿瘤，当肿瘤小于一定体积后对血管的依赖性下降；2，肿瘤血管生成依赖多种因子，如果只针对一种因子或其受体，肿瘤细胞可以通过分泌其他促血管生长因子来补偿，治疗效果差；3，以异种血管内皮细胞或蛋白质分子免疫治疗虽然在动物试验中取得了较理想的效果，但是在人体内输入异种细胞或蛋白是否会引起较严重的变态反应是一个不容忽视的问题。血管生成的因素、主要的药物：VEGF：Blocking the VEGF receptor signaling pathways disrupt tumor cell prol