中国海洋大学细胞生物学课件18细胞凋亡02

（三）鸟类,这些细胞的死亡总是发生在一定的发育阶段(细胞好像是按照个体发育的时间表生存或死亡)。,鸡腿和爪发育模式与细胞凋亡（自Gilbert,S.F.,2000）,趾,（四）哺乳类,小鼠胚胎上胚层腔的形成示意图小鼠早期胚胎内细胞团增殖，形成实体细胞群，外包以脏内胚层。脏内胚层发出死亡信号，引起上胚层中的细胞发生凋亡，形成空腔。但基膜可发出拯救信号，使接触基膜的细胞不发生凋亡。（自Coucouvanis,E.,etal.,1995）,哺乳动物雌雄胚胎生殖管道细胞分别选择凋亡示意图哺乳动物胚胎发育中性腺和生殖管道的变化。雌、雄个体分别有一套生殖管道退化。(自Gilbert,S.F.,2000),米勒氏管(Mllarianducts)退化,吴尔夫氏管(Wolffianducts)退化,体内所有生理性细胞死亡都要通过细胞凋亡途径发生的，这些细胞尚处于健康状态下即“自杀”，其意义何在？1、保证个体正常发育。如手指与生殖管道的发育及蝌蚪变态等。2、清除完成使命的废旧细胞。如清除淋巴器官中多余的免疫细胞；成年妇女子宫内膜每月脱落也是通过细胞凋亡实现的。3、清除感染病毒的细胞。保护周围组织不受病毒的殃及。4、保持成体器官的正常体积，根据需要调节细胞数量。机体中各种器官，细胞的增殖与死亡的数量总是处于平衡状态，以维持组织和器官的正常体积。,2、细胞凋亡的重要意义,凋亡与存活的平衡是生物体维持生命的基本保证!,例如，成体大鼠的肝被切除一部分后，肝细胞分泌生长因子的数量就会增加，刺激肝细胞分裂，修补失去的部分。药物苯巴比妥(phenobabital)具有刺激肝细胞分裂的能力，如果给大鼠服用此种药物，可使肝长大。但是在停服药物之后，肝细胞随即大量死亡，一周左右肝又恢复到原来的大小。这表明，肝是通过调节细胞分裂和死亡的速率，保持了组织体积的固定大小。,第二节细胞凋亡的基本过程,1.引发2.执行3.吞噬4.清除,一、细胞凋亡的过程,刺杀信号(killersignals)或“死亡配体”(deathligands)死亡受体(deathreceptors),启动了细胞的程序性死亡反应体系，细胞凋亡,凋亡细胞被近临的细胞吞噬,吞噬的凋亡细胞被消化清除，营养再利用,细胞凋亡过程可分为4个阶段：,1、凋亡细胞的形态变化：,二、细胞凋亡的主要特征,凋亡细胞,正常细胞,凋亡细胞的形态及与正常细胞的对比电镜图,细胞质凝缩细胞萎缩细胞骨架解体核纤层分解核被膜破裂,细胞核逐渐皱缩至最终解体的过程,2、凋亡细胞的DNA出现断片化,培养细胞刺激凋亡后2小时DNA发生片断化的电泳图,3、形成凋亡小体(apoptoticbodies),一些膜围小泡,凋亡细胞,凋亡小体被邻近细胞吞噬而被清除的过程图解,凋亡小体,巨噬细胞表面的凝集素识别,巨噬细胞对暴露的磷脂酰丝氨酸具有识别能力,凋亡细胞质膜性质发生改变,凋亡小体被识别的分子机制：,表面糖基发生改变,磷脂酰丝氨酸反转至外脂层,连桥蛋白在吞噬细胞吞噬凋亡细胞中的作用示意图凋亡细胞表面具有磷脂酰丝氨酸(PS)清除信号，可被各种连桥蛋白所示别。巨噬细胞可分泌连桥蛋白(MPG-E8)，连桥蛋白可与PS结合。巨噬细胞质膜整联蛋白为MPG-E8的受体，从而使凋亡细胞通过MPG-E8和巨噬细胞结合在一起。MPG-E8可刺激巨噬细胞将凋亡细胞吞入内部，进行消化。,（自Zllig,S.均有相同的催化部位(含有QACXG保守结构域)；具有自身活化和活化其它胱冬肽酶的能力。,胱冬肽酶家族成员的特征及其功能,胱冬肽酶家族成员的特征：,胱冬肽酶在细胞凋亡过程中的作用：,1、使保护细胞不发生凋亡的蛋白质失活,DFF45,DNAfragmentationfactor-45ICAD,inhibitorofcaspase-activatedDNase,2、引起细胞结构解体,lamin,GelsolinFAKPAK2,3、影响核酸调节蛋白的功能,核酸调节蛋白,与相邻细胞脱离接触；细胞骨架重新装配；DNA复制和修复过程被关闭；mRNA无法剪接；DNA受破坏；核结构紊乱。,胱冬肽酶小结,胱冬肽酶,抗凋亡蛋白(antiapoptoticprotein)：如Bcl-2、Bcl-xL和癌基因产物Ab1，能使细胞保持活力和形成克隆的能力。,第四节线粒体在细胞凋亡中的关键作用,促凋亡蛋白(proapoptoticprotein)：如Bax(哺乳动物的一种细胞凋亡蛋白，攻击线粒体膜），即便在胱冬肽酶失活的情况下，也能引起线粒体损伤和死亡。,细胞中存在着一种不依赖于胱冬肽酶的而注定细胞死亡的机制，这种机制与线粒体有关。,（一）线粒体影响细胞死亡的变化,1、电子传递链和能量代谢受到破坏2、释放胱冬肽酶激活蛋白(细胞色素c)3、产生活性氧类物质(ROS),线粒体具有大导电通道-线粒体的渗透转变孔(permeabilitytransitionpores,PTpores),（二）渗透性转变孔起始凋亡的主开关,线粒体内膜跨膜电位的崩溃是细胞凋亡的变化之一。,电子传递链和能量代谢受到破坏,VDAC：阴离子的电位门通道（孔蛋白）ANT：腺苷酸易位体，是甲状腺素的专一受体，单独存在时对Ca2+非常敏感；CyP-D：亲环素D（分子伴侣），与MPTP的环胞菌素敏感性有关,MPTP复合结构的模式图解,请参阅：樊廷俊等，线粒体与细胞凋亡，生物化学与生物物理学报，2001,33(1):7-12,细胞凋亡过程中线粒体外膜通透化的机制,Cyt.c,AIF,死亡受体,细胞损伤,门开放,MPTP的开放促使细胞进入凋亡程序,IAPs,inhibitorsofapoptosis,DiabloorSmac,neutralizesasetofcaspaseinhibitors(IAPs),Apaf-1,apoptoticproteinaseactivatingfactor-1,Smac/Diablo,细胞色素c凋亡起始因子,DNA断片化,起始胱冬肽酶,执行胱冬肽酶,破坏细胞骨架,细胞凋亡,线粒体,DNA修复,抑制,抑制,形成凋亡小体(apoptosome),1.4MDacomplexthatincludesApaf1(apoptoticproteaseactivatingfactor),procaspase9facilitatecaspase-9activationbybringingprocaspase-9moleculestogether.,TheApoptosome,N-terminalCARDofApaf-1,bindsCARDofprocaspase9bindsdATPC-terminalWD-40repeatstobindcytochromec,Apaf-1isthescaffoldingproteinoftheapoptosome,AIF凋亡诱导因子,请参阅：LCui-Xian,FANTing-Jun,etal.Apoptosis-inducingFactorandApoptosis.ActaBiochimBiophysSin，2003，35(10):881-885.,胱冬肽酶-3,-7,胱冬肽酶-8,胱冬肽酶-3,-6,-9,胱冬肽酶-3,ThetwoofapoptoticpathwaysinvolvedintheoccurrenceofapoptoticnuclearmorphologyLeft,Caspase-independentapoptoticpathwaymediatedbymitochondrionreleasedAIF.Right,Caspase-dependentapoptoticpathwaymediatedbycaspasesand/ormitochondrionreleasedcyt.c.,线粒体与细胞凋亡小结,主开关,Bcl-2家族蛋白存在于线粒体外膜、内质网膜和核被膜的细胞质面，以-COOH端的疏水性氨基酸序列与膜结合。,（三）Bcl-2家族蛋白的作用,Bcl-2和Bcl-xL对由呼吸链解偶联剂引起的基质贮存Ca2+的释放有抑制作用，并能增强质子由线粒体的外排，提高线粒体对Ca2+的缓冲能力。Bcl-2对PT孔的开放有调节作用。,Bcl-2及其同源物对若干线粒体变化具有调节作用：,请参阅：付永锋,樊廷俊.Bcl-2家族蛋白与细胞凋亡.生物化学与生物物理学报,2002,34(4):389-394,TheBcl-2familymembers,Summaryofanti-apoptoticandpro-apoptoticBcl-2membersBCL-2homologyregions(BH1-4)aredenotedasisthecarboxy-terminalhydrophobic(TM)domain,大部分一般作为线粒体膜的整合膜蛋白被隔离起来,以非活性的形式定位分布于细胞质溶质中,(Fas-associateddeathdomain),细胞进入凋亡程序与否的检验与控制机制,Smac/Diablo,AIF,线粒体是凋亡级联反应的关键环节,在细胞凋亡过程中，线粒体是凋亡级联反应的关键环节。,内共生体起源的线粒体在凋亡中的作用还有着重要的进化意义。线粒体与宿主细胞的内共生关系，为动物细胞的存活和死亡建立了一个统一的网络。,结语,秀丽隐杆线虫：131个体细胞中的自杀程序被激活而发生了细胞凋亡,第五节细胞凋亡的基因调控,ced-3和ced-4有促使细胞凋亡的作用；ced-9则有抑制细胞凋亡的作用。,虫体中有15个基因与这一自杀程序有关：,线虫中ced-3、ced-4和ced-9的产物直接参与细胞凋亡的过程图解,ced-9通常与ced-3和ced-4结合成复合物，故ced-3无活性。细胞凋亡信号引起ced-9与ced-3和ced-4解离，ced-3得以被激活，细胞进入凋亡途径。ced-4能与ced-3结合并使之激活，而ced-9可与ced-4结合，使ced-4不能激活ced-3。,脊椎动物进化出一整套与细胞死亡有关的基因家族：,胱冬肽酶,Apaf-1,ced-9,哺乳动物中：,ced-4,ced-3,线虫和脊椎动物细胞凋亡的基本程序有三类蛋白参与细胞凋亡过程，对细胞凋亡起促进或抑制作用。图中的CED9和Bcl-2为两种同源调节物，在有营养物存在的情况下，可抑制凋亡。衔接物既可与调节物，也可与效应物相互作用，在缺乏营养因子时可促进激活效应物。胱冬肽酶起效应蛋白的作用。胱冬肽酶被激活后，引起各种细胞内物质降解，最终导致细胞死亡。（自Lodish,H.,2004）,Overviewofevolutionarilyconservedapoptosispathway,植物细胞有些基因与细胞死亡有关：,植物生长发育过程中也存在着细胞凋亡现象,dad-1;ACD2等,孙英丽的对胡萝卜悬浮培养细胞的研究表明，植物细胞存在着与动物细胞相似的凋亡途径，线粒体释放细胞色素c至细胞质溶质中，使胱冬肽酶类似蛋白活化，胱冬肽酶类似蛋白水解核纤层蛋白和一种凋亡特异性核酸酶。,植物细胞凋亡不同于动物细胞，也未发现有胱冬肽酶参与。有的学者发现，液泡中含有一种名为液泡加工酶(vacuolarprocessingenzyme)的蛋白酶，它在结构上与胱冬肽酶无关，但具有胱冬肽酶1活性，因此植物细胞的凋亡是通过液泡和液泡加工酶实现的。,效应物,调节物,衔接物,细胞凋亡小结,细胞凋亡时DNA断片化的模式图解,CARD,thecaspase-recruitmentdomain,Helicard,FasL,