程序性细胞死亡PPT课件

1、第1页/共62页程序性细胞死亡程序性细胞死亡PCD（programmed cell death）又称又称细胞凋亡细胞凋亡 ( (apoptosis) ) （在体内在体内外因素诱导下，由外因素诱导下，由基因严格调控基因严格调控而发生而发生的的自主性自主性细胞细胞有序死亡有序死亡。）。）1、概念、概念 一个固有的遗传程序即一个固有的遗传程序即生物钟，在一个受控制的时间和生物钟，在一个受控制的时间和空间内激活，从而导致细胞死亡。空间内激活，从而导致细胞死亡。第2页/共62页 2、简史18851885年，年，FlemmingFlemming第一个描述有关细胞凋亡的第一个描述有关细胞凋亡的 特征；（染色

2、质浓缩形成半月形）特征；（染色质浓缩形成半月形）19511951年，年，GlucksmannGlucksmann提出胚胎发育中存在程序提出胚胎发育中存在程序 性细胞死亡；性细胞死亡；19651965年，年，John KerrJohn Kerr提出提出“固缩性坏死固缩性坏死”概念；概念；19721972年，年，KerrKerr，WyllieWyllie，CurrieCurrie提出提出“细胞凋亡细胞凋亡” （apoptosisapoptosis）的概念；的概念；第3页/共62页19861986年，年， Robert Horvitz等发现线虫中等发现线虫中ced3ced3，4 4 是促凋亡基因。是

3、促凋亡基因。19801980年，年，WyllieWyllie等发现细胞凋亡与内源性核酸内等发现细胞凋亡与内源性核酸内 切酶激活有关。切酶激活有关。“DNA ladderDNA ladder”是细胞是细胞 凋亡发生的标志；凋亡发生的标志；第4页/共62页 THE 2002 NOBEL PRIZE WINNER第5页/共62页第6页/共62页王晓东：最年轻美国科学院王晓东：最年轻美国科学院院士院士 从事的是细胞凋亡规律的从事的是细胞凋亡规律的研究。研究。 1996 1996年年，发现线粒体释放细发现线粒体释放细胞色素胞色素C, C, 引起细胞凋亡引起细胞凋亡; ; 20002000年，发现线粒体释

4、放年，发现线粒体释放SmacSmac，可促细胞凋亡，可促细胞凋亡. .Smac: Second mitochondria-derived activator of caspase第7页/共62页二二、 PCD/ PCD/细胞凋亡的形态变化细胞凋亡的形态变化第8页/共62页(1)(1)微绒毛、细微绒毛、细胞胞 突起消失；突起消失； 出芽出芽( (budding)budding)第9页/共62页Morphological features of Morphological features of apoptosisapoptosisMembrane blebbing膜空泡化膜空泡化（blebbin

5、g)blebbing)出芽出芽( (budding)budding)第10页/共62页 (2) (2)胞质浓缩；胞质浓缩； 细胞器变化细胞器变化(3)核浓缩；核浓缩；染色质边聚染色质边聚第11页/共62页第12页/共62页(4) (4) 凋亡小体形成凋亡小体形成 胞膜皱缩内陷，分割包裹胞质胞膜皱缩内陷，分割包裹胞质( (内含内含DNA物质及细胞器物质及细胞器) )，形成泡状小体称为，形成泡状小体称为凋亡小体凋亡小体（apoptosis body） (5) (5) 吞噬吞噬第13页/共62页第14页/共62页第15页/共62页第16页/共62页第17页/共62页第18页/共62页三、胚胎发育中的

6、程序性细胞死亡（三、胚胎发育中的程序性细胞死亡（PCDPCD） （一）一） PCD参与了各器官的形态发生和发育。参与了各器官的形态发生和发育。1、肢体的发生、肢体的发生 2、中枢神经系统的发生、发育、中枢神经系统的发生、发育3、腭的发生、腭的发生 4、管（腔）道的形成、管（腔）道的形成5、晶状体的发育、晶状体的发育 6、心的发育、心的发育7、生殖细胞的发生、生殖细胞的发生 8、免疫、造血系统的发生、免疫、造血系统的发生 9、无用结构的退化消失（前肾、中肾等）、无用结构的退化消失（前肾、中肾等）第19页/共62页（二）胚胎发育中（二）胚胎发育中PCD的意义的意义1、系统匹配、系统匹配 淘汰没有作

7、用或不再起作用的细胞，以确保有淘汰没有作用或不再起作用的细胞，以确保有 功能细胞的营养和空间。功能细胞的营养和空间。2、雕刻躯体、雕刻躯体 从而形成正常、精细复杂的生物体。从而形成正常、精细复杂的生物体。3、除去短暂结构：蝌蚪尾、除去短暂结构：蝌蚪尾4、保护机体：如胸腺的发育、保护机体：如胸腺的发育第20页/共62页四、四、PCD/PCD/细胞凋亡的调节细胞凋亡的调节（一）激素水平的调节（一）激素水平的调节甲状腺素、糖皮质激素等诱导甲状腺素、糖皮质激素等诱导PCD雌激素、卵泡刺激素、胰岛素等抑制雌激素、卵泡刺激素、胰岛素等抑制PCD（二）细胞因子调节（二）细胞因子调节主要是生长因子：主要是生长

8、因子：NGF，FGF，TGF，G-CSF等缺乏导致等缺乏导致PCD第21页/共62页（三）（三）PCD相关基因的调节相关基因的调节1、TNF死亡受体超家族死亡受体超家族（1）死亡受体）死亡受体结构包括胞内结构包括胞内C-端、跨膜区及胞外端、跨膜区及胞外N-端，胞外功能区内端，胞外功能区内含数个半胱氨酸，胞内功能区由含数个半胱氨酸，胞内功能区由80个氨基酸构成的死亡个氨基酸构成的死亡结构域（结构域（DD）Fas(Apo-1,CD95): 43kD DISC/死亡死亡诱导信号诱导信号复合物复合物（Fas-FADD（Fas 相关相关死亡蛋白）死亡蛋白）-proCaspase-8）TNFR I：55-

9、60kD， TNFR I-TRADD（TNFR相相关死亡蛋白）关死亡蛋白）-FADD- proCaspase-8第22页/共62页（2）含有死亡结构域的信号蛋白）含有死亡结构域的信号蛋白TRADD：34kD，与与TNFR I， FADD结合结合FADD（MORT-1）：23kD，C-端含有一个端含有一个DD(death domain )，可可与与Fas结合；结合；N-端含有端含有MORT结构域或死亡效结构域或死亡效应结构域（应结构域（DED : death effector domain ），），可可与与proCaspase-8（FLICE）结合结合第23页/共62页2. 2. 凋亡蛋白酶凋亡

10、蛋白酶Caspase: cysteine-containing aspartate-specific protease（含（含半胱氨酸半胱氨酸的的天冬氨酸天冬氨酸特异蛋白水解酶）特异蛋白水解酶） 一组对底物的一组对底物的天冬氨酸天冬氨酸部位有特异水部位有特异水解作用，其活性中心富含解作用，其活性中心富含半胱氨酸半胱氨酸的蛋白的蛋白酶。酶。(1) (1) 定义定义第24页/共62页（2）Caspase Caspase 的分类及功能的分类及功能第25页/共62页第26页/共62页第27页/共62页Active enzymeCatalytic sites第28页/共62页(4)(4) Caspase

11、Caspase的作用底物的作用底物 凋亡蛋白酶激活的凋亡蛋白酶激活的DNADNA酶抑制物酶抑制物(ICAD)CAD: Caspase Activated DNaseCAD: Caspase Activated DNase由由CaspaseCaspase激活的核酸酶激活的核酸酶( (具有内切酶活性具有内切酶活性) )ICADCADDNACaspase第29页/共62页 核纤层核纤层（lamina）蛋白蛋白细胞细胞核核lamina染色染色体体第30页/共62页 细胞骨架蛋白：导致细胞解体，形细胞骨架蛋白：导致细胞解体，形成成 凋亡小体凋亡小体 其他的其他的caspases 灭活细胞凋亡的抑制物灭活

12、细胞凋亡的抑制物第31页/共62页3、凋亡蛋白酶活化因子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（端含有一半胱氨酸蛋白酶募集域（CARD），），C-端由端由12个个WD-40重复片段组成。重复片段组成。凋亡体凋亡体/死亡复合体：死亡复合体：Cytc -Apaf-1-dATP-proCaspase-94、线粒体膜间隙蛋白（线粒体释放的凋亡相关线粒体膜间隙蛋白（线粒体释放的凋亡相关因子）因子）细胞色素细胞色素C，凋亡诱导因子，凋亡诱导因子， Apaf-1 ,Smac/DIABLO等等第32页/共62页5、自由基、自由基活性氧自由基：诱导活性氧自由基：诱导P

13、CD的发生。的发生。活性氮自由基：活性氮自由基：NO高浓度促高浓度促PCD，低浓度抑制低浓度抑制PCD第33页/共62页6 6、P53基因基因 修复受损的修复受损的DNA，如修复失败则通过，如修复失败则通过细胞细胞核途径核途径诱导细胞凋亡。诱导细胞凋亡。（射线、毒素）（射线、毒素）第34页/共62页P53P53的促凋亡机制：的促凋亡机制：（1 1） DNA结合蛋白，调控基因转录结合蛋白，调控基因转录 （细胞核途径）（细胞核途径）（2 2）激活线粒体途径）激活线粒体途径（3 3）诱导）诱导FasFas增加增加 （4 4）诱导溶酶体的不稳定性）诱导溶酶体的不稳定性第35页/共62页BH： 第36页

14、/共62页第37页/共62页第38页/共62页 BcL-2 BcL-2基因家族成员自身或彼此之间有基因家族成员自身或彼此之间有形成二聚体或多聚体的能力，形成二聚体或多聚体的能力，BcL-2BcL-2家族的家族的蛋白与蛋白相互作用调节着细胞的存活与蛋白与蛋白相互作用调节着细胞的存活与凋亡。凋亡。第39页/共62页第40页/共62页Bcl-2 Bcl-2 （B cell lymphoma/leukemia-2） ： Bcl-2 是第一个被确认有抗凋亡作用，由是第一个被确认有抗凋亡作用，由 229229aaaa构成（鼠构成（鼠236236）分布在线粒体膜）分布在线粒体膜, , 内质网，内质网，核膜等

15、处。核膜等处。 Bcl-2 和和C. elegans 中的中的ced-9 有很高的同源有很高的同源 性，具有促进细胞存活的功能。性，具有促进细胞存活的功能。第41页/共62页BcL-2BcL-2抗凋亡机制：抗凋亡机制：直接抗氧化；直接抗氧化；调节调节PTPPTP开放；开放；抑制抑制Bax，Bak的促凋亡作用；的促凋亡作用；抑制抑制Caspases激活；激活；维持细胞钙稳态。维持细胞钙稳态。第42页/共62页8 8、凋亡抑制蛋白家族（凋亡抑制蛋白家族（IAP家族）家族） IAP家族是一组抑制凋亡的蛋白。家族是一组抑制凋亡的蛋白。IAP家族家族蛋白的蛋白的BIR （baculoviral IAP

16、repeat)结构域是结构域是IAP 抑制凋亡的结构基础。在人类已确定有抑制凋亡的结构基础。在人类已确定有7 7种种IAP相关蛋白。相关蛋白。 作用机制：通过抑制作用机制：通过抑制caspase-3,7,9-3,7,9等的活性等的活性。第43页/共62页凋亡细凋亡细胞胞DNADNA的断裂的断裂形成高分子量的形成高分子量的DNADNA大片断（大片断（5050kb)kb)形成形成180180200200bpbp整整数倍的数倍的DNADNA小片断小片断非非CaspaseCaspase依依赖的内源性核赖的内源性核酸内切酶的激酸内切酶的激活活CaspaseCaspase依赖依赖的内源性核酸的内源性核酸酶

17、激活酶激活( (CAD)CAD)9. 9. 核酸内切酶核酸内切酶第44页/共62页 Caspase 8 Caspase 3 Caspase 9 Cleavage of substrates Nucleus Degradation of DNA细胞细胞膜膜第45页/共62页DNADNA断裂与断裂与“梯状条带梯状条带”R第46页/共62页第47页/共62页细胞凋亡的三条主要途径膜受体途径膜受体途径线粒体途径线粒体途径细胞核途径细胞核途径第48页/共62页二、二、PCDPCD的主要途径的主要途径1. 1. 膜受体通路膜受体通路( (死亡受体通路死亡受体通路/ /外源性通路外源性通路) )死亡受体家族

18、死亡受体家族肿瘤坏死因子受体肿瘤坏死因子受体(TNFR)(TNFR)家族家族FasFasCD95CD95TNFRTNFR第49页/共62页Fas/FasLFas/FasLDD: death domain第50页/共62页死亡受体通路死亡受体通路凋亡诱导因素凋亡诱导因素死亡受体（死亡受体（Fas)Fas)配体（配体（FasL)FasL)的表的表达、结合达、结合Caspase-8活化活化Caspase-3活化活化apoptosisFADDFADD第51页/共62页2. 2. 线粒体通路（内源性途径）线粒体通路（内源性途径）第52页/共62页R R第53页/共62页第54页/共62页? ? ? 线粒体信号通