细胞程序性死亡与衰老精选PPT.ppt

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1、关于细胞程序性死亡与关于细胞程序性死亡与衰老衰老第1页，讲稿共45张，创作于星期二第一节细胞衰老第一节细胞衰老Aging Aging，SenescenceSenescence，指细胞随着年龄增加，机能和结，指细胞随着年龄增加，机能和结构退行性变化，趋向死亡的不可逆现象。构退行性变化，趋向死亡的不可逆现象。衰老是生命的普遍现象，发生在生态系统、群落、衰老是生命的普遍现象，发生在生态系统、群落、种群、个体、细胞以及分子等不同层次。种群、个体、细胞以及分子等不同层次。第2页，讲稿共45张，创作于星期二一、人体细胞的动态分类一、人体细胞的动态分类n n更新组织：如上皮细胞、血细胞。构成更新组织的细胞可

2、更新组织：如上皮细胞、血细胞。构成更新组织的细胞可分为类：分为类：干细胞、干细胞、过渡细胞、过渡细胞、成熟细胞。成熟细胞。n n稳定组织：可补偿性增生，如：肝、肾细胞。稳定组织：可补偿性增生，如：肝、肾细胞。n n恒久组织：细胞不再分裂，如神经细胞。恒久组织：细胞不再分裂，如神经细胞。n n可耗尽组织：如人类的卵巢实质细胞。可耗尽组织：如人类的卵巢实质细胞。第3页，讲稿共45张，创作于星期二二、细胞衰老的特征二、细胞衰老的特征（一）形态变化（一）形态变化（一）形态变化（一）形态变化第4页，讲稿共45张，创作于星期二（二）分子水平的变化（二）分子水平的变化n n1.DNA1.DNA：复制与转录受

3、阻，端粒：复制与转录受阻，端粒DNADNA、mtDNAmtDNA缺失。缺失。DNADNA氧化、断裂、缺失和交联，甲基化程度降低。氧化、断裂、缺失和交联，甲基化程度降低。n n2.RNA2.RNA：含量减少。：含量减少。n n3.3.蛋白质：含成下降，发生修饰、交联。蛋白质：含成下降，发生修饰、交联。n n4.4.酶分子：物理与化学特征改变，酶失活。酶分子：物理与化学特征改变，酶失活。n n5.5.脂类：不饱和脂肪酸被氧化。脂类：不饱和脂肪酸被氧化。第5页，讲稿共45张，创作于星期二三、细胞衰老的分子机理三、细胞衰老的分子机理n n1.1.代谢废物积累：如：脂褐质，老年性痴呆（代谢废物积累：如：

4、脂褐质，老年性痴呆（ADAD）脑）脑细胞内的细胞内的-淀粉样蛋白。淀粉样蛋白。n n2.2.线粒体线粒体DNADNA突变：线粒体自由基浓度高，突变：线粒体自由基浓度高，mtDNAmtDNA是裸露分子，容易发生突变。是裸露分子，容易发生突变。n n脑、心、骨骼肌的氧负荷最大，组织最易衰老。脑、心、骨骼肌的氧负荷最大，组织最易衰老。n ncaloric restrictioncaloric restriction能延长大鼠寿命能延长大鼠寿命50%-70%50%-70%。第6页，讲稿共45张，创作于星期二n nThin rat bury fat ratThe rats are both 1000 d

5、ays old,very old for rats.The one on the right was calorie restricted.The one on the left is near death and shows typical signs of old age similar to what happens in humans.Image cited from Clive McCay 1939.第7页，讲稿共45张，创作于星期二3自由基学说（自由基学说（free radical theories）n n自由基是含不成对电子的原子或基团，具有高度反应自由基是含不成对电子的原子或基

6、团，具有高度反应活性。包括：氧自由基（如活性。包括：氧自由基（如OHOH）、氢自由基（）、氢自由基（HH）、）、碳自由基、脂自由基等。碳自由基、脂自由基等。n n自由基来源：外源性（如辐射）、内源性。自由基来源：外源性（如辐射）、内源性。n n内源性自由基产生于内源性自由基产生于由线粒体呼吸链电子泄漏产由线粒体呼吸链电子泄漏产生；生；由氧化酶（如由氧化酶（如MFOMFO）催化底物羟化产生。）催化底物羟化产生。第8页，讲稿共45张，创作于星期二n n自由基可引起自由基可引起DNADNA、蛋白质、脂类氧化、变性和交、蛋白质、脂类氧化、变性和交联，实验表明联，实验表明DNADNA中中OHOH8 8d

7、GdG随着年龄而增加。随着年龄而增加。n n正常细胞内存在清除自由基的防御系统。正常细胞内存在清除自由基的防御系统。n n酶系统：酶系统：SODSOD、CATCAT、GSH-PXGSH-PX。n n非酶系统：维生素非酶系统：维生素E E、醌类电子受体、醌类电子受体n nOrrOrr和和SohalSohal（19941994），将），将SODSOD基因导入果蝇，其寿命比基因导入果蝇，其寿命比野生型延长野生型延长1/31/3。第9页，讲稿共45张，创作于星期二4程序性衰老（程序性衰老（programmed senescence）n n生物的生长、发育、衰老和死亡都由基因程序控制的，衰生物的生长、发

8、育、衰老和死亡都由基因程序控制的，衰老是某些基因依次开启或关闭的结果。老是某些基因依次开启或关闭的结果。n n例例1.1.在小鼠肝中，胚胎早期表达的胞质丙氨酸转氨酶在小鼠肝中，胚胎早期表达的胞质丙氨酸转氨酶（cAATcAAT）为）为A A型，随后停止表达，衰老时则表达型，随后停止表达，衰老时则表达B B型型cAATcAATn n例例2.2.肝脏中的衰老标志蛋白肝脏中的衰老标志蛋白2 2在老年期表达。在老年期表达。第10页，讲稿共45张，创作于星期二5复制性衰老（复制性衰老（replicative senescence）n n细胞的增殖次数是有限的，称细胞的增殖次数是有限的，称“Hayflick

9、”“Hayflick”极限。如人胚极限。如人胚成纤维细胞可培养成纤维细胞可培养60-7060-70代。代。n nDNADNA每复制一次端粒就缩短一段，到一定程度时，则激每复制一次端粒就缩短一段，到一定程度时，则激活活DNADNA损伤检验，细胞凋亡。人的成纤维细胞端粒每年损伤检验，细胞凋亡。人的成纤维细胞端粒每年缩短缩短14-18bp14-18bp。n n端粒酶可修复端粒，此酶仅在干细胞中表达。端粒酶可修复端粒，此酶仅在干细胞中表达。第11页，讲稿共45张，创作于星期二6.衰老基因学说衰老基因学说n n子女的寿命与双亲的寿命有关；动物都有相当恒定子女的寿命与双亲的寿命有关；动物都有相当恒定的平均

10、和最高寿命；的平均和最高寿命；n n成人早衰症：约成人早衰症：约3939岁衰老，岁衰老，4747岁生命结束；婴幼儿早岁生命结束；婴幼儿早衰症：衰症：1 1岁衰老，岁衰老，12181218岁生命结束；岁生命结束；n n早衰症患者体内解旋酶发生突变早衰症患者体内解旋酶发生突变 。n n衰老时，衰老相关基因（衰老时，衰老相关基因（SAGSAG）活跃表达，如）活跃表达，如senescent cell derived inhibition of DNA synthesis senescent cell derived inhibition of DNA synthesis。第12页，讲稿共45张，创作于

11、星期二n nWerners syndromeA 37 years old patient，Adoue DFP 1997第13页，讲稿共45张，创作于星期二n nHutchinson-Gilford syndrome第14页，讲稿共45张，创作于星期二第二节第二节 细胞坏死与凋亡细胞坏死与凋亡细胞死亡并非与机体死亡同步。正常的组织中也发生细细胞死亡并非与机体死亡同步。正常的组织中也发生细胞死亡，它是维持组织机能和形态所必需的。胞死亡，它是维持组织机能和形态所必需的。第15页，讲稿共45张，创作于星期二一、细胞死亡的方式一、细胞死亡的方式n n（一）细胞坏死（一）细胞坏死n n细胞受到环境因素伤害

12、，引起细胞死亡的现象。细胞受到环境因素伤害，引起细胞死亡的现象。n n形态变化的原因：酶性消化、蛋白变性。形态变化的原因：酶性消化、蛋白变性。n n如消化酶来源于死亡细胞本身的溶酶体，则称为自溶如消化酶来源于死亡细胞本身的溶酶体，则称为自溶（autolysisautolysis）；若来源于浸润坏死组织内白细胞溶酶体）；若来源于浸润坏死组织内白细胞溶酶体，则为异溶（，则为异溶（heterolysisheterolysis）。）。第16页，讲稿共45张，创作于星期二n n细胞坏死初期，胞质内线粒体和内质网肿胀、崩解，细胞坏死初期，胞质内线粒体和内质网肿胀、崩解，结构脂滴游离、空泡化，蛋白质颗粒增多

13、，核发生结构脂滴游离、空泡化，蛋白质颗粒增多，核发生固缩或断裂。固缩或断裂。n n随坏死进程，细胞质呈强嗜酸性，苏木精随坏死进程，细胞质呈强嗜酸性，苏木精/伊红染色呈均伊红染色呈均一红色。一红色。n n细胞膜不完整，台盼蓝染色阳性细胞膜不完整，台盼蓝染色阳性(活细胞不着色活细胞不着色)。n nDNADNA随机降解，细胞内容物流出，引起炎症。随机降解，细胞内容物流出，引起炎症。第17页，讲稿共45张，创作于星期二（二）细胞凋亡（二）细胞凋亡n n细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体；细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体；n n凋亡小体内有结构完整的细胞器；凋亡小体内有结构完整的细胞器；n n不引起炎

14、症；不引起炎症；n n线粒体无明显形态变化，溶酶体活性不增加；线粒体无明显形态变化，溶酶体活性不增加；n n内切酶活化，内切酶活化，DNADNA有控降解，凝胶电泳图呈梯状；有控降解，凝胶电泳图呈梯状；n n凋亡通常是生理性变化，坏死是病理性变化。凋亡通常是生理性变化，坏死是病理性变化。第18页，讲稿共45张，创作于星期二www.roche-applied- n细胞程序性死亡（细胞程序性死亡（PCDPCD）是一种基因指导的细胞自我）是一种基因指导的细胞自我消亡方式。消亡方式。n nPCDPCD和细胞凋亡的区别在以下方面：和细胞凋亡的区别在以下方面：n nPCDPCD是功能性概念，凋亡是形态学概念

15、。是功能性概念，凋亡是形态学概念。n nPCDPCD存在于胚胎发育过程中。存在于胚胎发育过程中。第23页，讲稿共45张，创作于星期二n nC.elegansC.elegans是研究是研究PCDPCD的理想材料（生命周期短，细胞数的理想材料（生命周期短，细胞数量少）。量少）。n nhttp:/www.news.wisc.eduhttp:/www.news.wisc.edu第24页，讲稿共45张，创作于星期二n nC.elegansC.elegans雄虫有雄虫有10311031个体细胞、约个体细胞、约10001000个生殖细胞。个生殖细胞。n n神经系统由神经系统由302302个细胞组成，来自于个

16、细胞组成，来自于407407个前体细胞，个前体细胞，105105个细胞发生了个细胞发生了PCDPCD。n n控制线虫控制线虫PCDPCD的基因有：的基因有：Ced-3Ced-3、Ced-4Ced-4和和Ced-9Ced-9。n nCed-3Ced-3和和 Ced-4Ced-4诱发凋亡；诱发凋亡；n nCed-9Ced-9抑制抑制Ced-3Ced-3、Ced-4Ced-4的作用。的作用。第25页，讲稿共45张，创作于星期二20022002年年年年1010月月月月7 7日英国人日英国人日英国人日英国人Sydney Sydney、美国人、美国人、美国人、美国人HorvitzHorvitz和英国人和英

17、国人和英国人和英国人Sulston Sulston，因在，因在，因在，因在PCDPCD方面的研究获诺贝尔诺贝尔生理方面的研究获诺贝尔诺贝尔生理方面的研究获诺贝尔诺贝尔生理方面的研究获诺贝尔诺贝尔生理与医学奖。与医学奖。与医学奖。与医学奖。H.Robert HorvitzJohn E.Sulston Sydney Brenner第26页，讲稿共45张，创作于星期二二、细胞凋亡的生理和病理学意义二、细胞凋亡的生理和病理学意义n n（一）生理学意义（一）生理学意义n n1.1.生长发育：组织与器官的塑造（趾的分化）；动生长发育：组织与器官的塑造（趾的分化）；动物变态；皮肤角质形成；物变态；皮肤角质形

18、成；n n2.2.免疫细胞分化：克隆选择；免疫细胞分化：克隆选择；n n3.3.防御：清除衰老细胞、防御：清除衰老细胞、DNADNA损伤的细胞、和被病原损伤的细胞、和被病原体感染的细胞。体感染的细胞。第27页，讲稿共45张，创作于星期二n nSculpting the digits in the developing mouse paw by apoptosisSculpting the digits in the developing mouse paw by apoptosis（Wood 2000Wood 2000）第28页，讲稿共45张，创作于星期二（二）病理学意义（二）病理学意义n n

19、1.1.病原体侵染；病原体侵染；n n诱导凋亡诱导凋亡HIVHIVn n抑制凋亡抑制凋亡PoxvirusPoxvirusn n2.2.细胞凋亡不足细胞凋亡不足n n肿瘤，自身免疫疾病；肿瘤，自身免疫疾病；n n3.3.细胞凋亡过度细胞凋亡过度n n神经退行性疾病（神经退行性疾病（ADAD，帕金森症）、心肌梗塞、，帕金森症）、心肌梗塞、再生障碍性贫再生障碍性贫血、骨组织坏死。血、骨组织坏死。第29页，讲稿共45张，创作于星期二三、细胞凋亡的检测方法三、细胞凋亡的检测方法n n1.1.形态学，电镜，光镜；形态学，电镜，光镜；n n2.DNA2.DNA凝胶电泳凝胶电泳ladderladder；n n

20、3.3.流式细胞计；流式细胞计；n n4.4.核酸内切酶活力检测；核酸内切酶活力检测；n n5.5.免疫学方法；免疫学方法；n n6.Annexin V6.Annexin V检测细胞膜外表面检测细胞膜外表面PSPS；n n7.TUNEL7.TUNEL技术。技术。第30页，讲稿共45张，创作于星期二n n8.8.常用检测细胞凋亡的染料：常用检测细胞凋亡的染料：n n二乙酸荧光素（二乙酸荧光素（FDAFDA），绿色荧光，活细胞染色。），绿色荧光，活细胞染色。n nHoechst 33342Hoechst 33342或或3325833258，DAPIDAPI，吖啶橙（，吖啶橙（AOAO），半通透，）

21、，半通透，凋亡和固定后的细胞荧光较强。凋亡和固定后的细胞荧光较强。n n溴化乙啶（溴化乙啶（EBEB）、碘化丙啶（）、碘化丙啶（PIPI）、放线菌素）、放线菌素DD（7-7-AADAAD），不通透，正常和凋亡细胞拒染。），不通透，正常和凋亡细胞拒染。n n可用不同性质的染料对凋亡细胞进行双染色。可用不同性质的染料对凋亡细胞进行双染色。第31页，讲稿共45张，创作于星期二n nHuman embryo at day 4 morula containing 23 nuclei Human embryo at day 4 morula containing 23 nuclei labelled wi

22、th DAPI(blue),including seven TUNEL-labelled labelled with DAPI(blue),including seven TUNEL-labelled condensed nuclei(pink,arrow)that were excluded from condensed nuclei(pink,arrow)that were excluded from development(Kate Hardy 1999).development(Kate Hardy 1999).第32页，讲稿共45张，创作于星期二第三节第三节 细胞凋亡的分子细胞凋亡的

23、分子机理机理第33页，讲稿共45张，创作于星期二一、凋亡相关的基因和蛋白一、凋亡相关的基因和蛋白n n与细胞增殖有关的原癌基因和抑癌基都参于对细胞凋亡的凋控。n n研究较多的有ICE、Apaf-1、Bcl-2、Fas/APO-1、c-myc、p53、ATM等。第34页，讲稿共45张，创作于星期二1Caspase家族家族n n相当于线虫的相当于线虫的ced-3ced-3，是引起凋亡的关键酶。特点：，是引起凋亡的关键酶。特点：n n酶活性依赖于酶活性依赖于cyscys残基的亲核性；残基的亲核性；n n总是在总是在aspasp之后切断底物，故名之后切断底物，故名caspasecaspase（cyst

24、eine cysteine aspartate-specific proteaseaspartate-specific protease）。）。n n亚基由同一基因编码，前体被切割后产生两个活亚基由同一基因编码，前体被切割后产生两个活性亚基，组成的异四聚体。性亚基，组成的异四聚体。第35页，讲稿共45张，创作于星期二n nCaspase classificationCaspase classification（Zimmermann 2001Zimmermann 2001）Executioner or effectorAutocatalytic initiator第36页，讲稿共45张，创作于星

25、期二2Apaf-1n n凋亡酶激活因子凋亡酶激活因子-1-1（apoptotic protease activating factor-apoptotic protease activating factor-1 1），线虫的同源物为），线虫的同源物为ced-4ced-4。n n作用：参与线粒体凋亡途径，该基因敲除后，小鼠作用：参与线粒体凋亡途径，该基因敲除后，小鼠神经细胞过多，脑畸形发育。神经细胞过多，脑畸形发育。n nApaf-1Apaf-1与与cyt ccyt c、ATP/dATPATP/dATP结合后，召集结合后，召集caspase-9caspase-9，形，形成凋亡体（成凋亡体（ap

26、optosomeapoptosome），激活），激活caspase-3caspase-3，启动，启动caspasecaspase级联反应。级联反应。第37页，讲稿共45张，创作于星期二3.bcl-2基因家族基因家族n n含有含有1-41-4个个Bcl-2Bcl-2同源结构域（同源结构域（BH1-4BH1-4）。分两类：抗凋亡）。分两类：抗凋亡基因，如：基因，如：Bcl-2Bcl-2；促凋亡基因，如：；促凋亡基因，如：BaxBax。n n促凋亡蛋白能引起线粒体外膜通透性改变，导致促凋亡蛋白能引起线粒体外膜通透性改变，导致cyt ccyt c释放，释放，引起凋亡。引起凋亡。n nbcl-2bcl-

27、2相当于线虫的相当于线虫的ced9ced9。主要定位于线粒体膜、也存。主要定位于线粒体膜、也存在于在于ERER和外核膜，拮抗促凋亡蛋白的功能。和外核膜，拮抗促凋亡蛋白的功能。第38页，讲稿共45张，创作于星期二n nBcl-2 gene family（Zimmermann 2001）第39页，讲稿共45张，创作于星期二4.Fas n nfasfas又称作又称作APO-1APO-1，属，属TNFTNF受体家族。受体家族。n n19931993年人白细胞分型国际会议统一命名为年人白细胞分型国际会议统一命名为CD95CD95。n nfasfas基因编码产物为分子量基因编码产物为分子量45KD45KD

28、的跨膜蛋白。的跨膜蛋白。n nFasFas蛋白与蛋白与FasFas配体组成配体组成FasFas系统，二者的结合激活系统，二者的结合激活caspasecaspase。第40页，讲稿共45张，创作于星期二n n5 5P53P53n n基因组的守护者。辐射诱导的基因组的守护者。辐射诱导的DNADNA损伤可通过损伤可通过ATMATM激活激活p53p53，阻断细胞周期，并提高，阻断细胞周期，并提高FasFas的表达，诱导凋亡。的表达，诱导凋亡。n n6 6MycMycn n转录因子，生长因子存在，转录因子，生长因子存在，Bcl-2Bcl-2基因表达时，促进细胞增殖，基因表达时，促进细胞增殖，反之引起细胞

29、凋亡。反之引起细胞凋亡。n n7.ATM7.ATMn n是是DNADNA损伤检验的重要蛋白激酶，能激活损伤检验的重要蛋白激酶，能激活P53P53。第41页，讲稿共45张，创作于星期二（二）（二）Fas诱导的细胞凋亡诱导的细胞凋亡n nFasFas与配体结合发生三聚化，通过胞内的与配体结合发生三聚化，通过胞内的DDDD区（区（Death domainDeath domain）与接头蛋白）与接头蛋白FADDFADD的的DDDD区结合。区结合。n nFADD NFADD N端通过端通过DEDDED区（区（death effector death effector domaindomain）与）与Ca

30、spase-8Caspase-8前体结合，前体结合，Caspase-Caspase-8 8通过子剪接激活通过子剪接激活 。第42页，讲稿共45张，创作于星期二n nCaspase-8Caspase-8引起引起caspasecaspase级联反应，激活级联反应，激活Caspase-3Caspase-3、6 6、7 7。n nCaspaseCaspase可降解结构蛋白、信号蛋白、转录调控蛋白、可降解结构蛋白、信号蛋白、转录调控蛋白、周期蛋白等等。周期蛋白等等。n nCaspaseCaspase还可降解还可降解CADCAD（caspase-activated Dnase caspase-activa

31、ted Dnase）的调节）的调节蛋白，释放出蛋白，释放出CADCAD，CADCAD进入细胞核，在核小体连接进入细胞核，在核小体连接部位降解部位降解DNADNA。第43页，讲稿共45张，创作于星期二n n在一型细胞（在一型细胞（type Itype I），如胸腺细胞中，），如胸腺细胞中，caspase-8caspase-8有足有足够的活性引起细胞凋亡，高表达够的活性引起细胞凋亡，高表达Bcl-2Bcl-2不能抑制不能抑制FasFas凋凋亡途径。亡途径。n n在二型细胞（在二型细胞（type IItype II），如肝细胞中，），如肝细胞中，Caspase-8Caspase-8活性活性不足，必须通过线粒体途径放大死亡信号。不足，必须通过线粒体途径放大死亡信号。n nCaspaseCaspase引起线粒体引起线粒体PTPT孔打开，跨膜电位下降；孔打开，跨膜电位下降；n nCyt cCyt c被释放到胞质中、激活被释放到胞质中、激活Caspase-9Caspase-9，后者再激活，后者再激活Caspase-3Caspase-3，引起级联反应。，引起级联反应。第44页，讲稿共45张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看第45页，讲稿共45张，创作于星期二