南开大学细胞生物学ppt课件5

1、第十三章 程序性细胞死亡与细胞衰老机体结构机体结构细胞增殖细胞增殖细胞分化细胞分化细胞凋亡细胞凋亡细胞信号转导细胞信号转导染色体染色体（DNADNA与蛋白质的相互作用）与蛋白质的相互作用）衰老衰老第一节 程序性细胞死亡 细胞死亡往往受到细胞内某种由遗传机制决定的细胞死亡往往受到细胞内某种由遗传机制决定的“死亡程序死亡程序”控制，所以也被称为程序性细胞死亡（控制，所以也被称为程序性细胞死亡（programmed cell death, PCD）。）。 一、动物细胞的死亡一、动物细胞的死亡（一）（一）细胞凋亡细胞凋亡(apoptosis)（二）（二）细胞坏死细胞坏死(necrosis)（三）（三）

2、细胞自噬细胞自噬(autophagy) 二、植物细胞与酵母细胞的程序性死亡二、植物细胞与酵母细胞的程序性死亡(自学自学)（一）（一）植物细胞的程序性死亡植物细胞的程序性死亡（二）（二）酵母细胞的程序性死亡酵母细胞的程序性死亡1. 1. 细胞凋亡的概念和特性细胞凋亡的概念和特性 细胞凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程，也常细胞凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程，也常常被称为细胞程序死亡（常被称为细胞程序死亡（programmed cell death， PCD）。凋亡细）。凋亡细胞将被吞噬细胞吞噬，不引起炎症反应。胞将被吞噬细胞吞噬，不引起炎症反应。PRIZED Horv

3、itz, and Sulston share Physiology or Medicine Nobel （2002） “for their discoveries concerning genetic regulation for their discoveries concerning genetic regulation of organ development and programmed cell death”of organ development and programmed cell death”1090 131= 959(cells)（一）细胞凋亡1. 细胞凋亡的概念和特性细胞

4、凋亡的概念和特性2. 细胞凋亡的生理意义细胞凋亡的生理意义3. 细胞凋亡的检测方法细胞凋亡的检测方法4. 细胞凋亡的分子机制细胞凋亡的分子机制 诱导凋亡的因子诱导凋亡的因子（1）Caspase（2）Caspase依赖性的细胞凋亡依赖性的细胞凋亡（3）Caspase非依赖性的细胞凋亡非依赖性的细胞凋亡（4）生死抉择：细胞凋亡的调控生死抉择：细胞凋亡的调控细胞凋亡的形态学特征凋亡的起始凋亡的起始细胞表面：特化结构消失，细胞间 接触消失；细胞膜：完整，保持选择通透性；细胞质：线粒体大致完整，核糖体脱离内质网，内质网膨胀与质膜融合；细胞核：染色质固缩，沿核膜分布。凋亡小体凋亡小体（apoptotic

5、bodies）的形成的形成细胞表面：发泡，泡状或芽状突起逐渐分离形成单个的凋亡小体核染色质断裂成片段，与细胞器一起被细胞质膜包被。凋亡小体被邻近吞噬细胞吞噬凋亡小体被邻近吞噬细胞吞噬特点：特点：细胞质膜保持完整。内含物不外泄，也不引发肌体的免疫反应。正常细胞正常细胞 凋亡过程、凋亡小体凋亡过程、凋亡小体细胞凋亡的形态学特征细胞凋亡与细胞坏死的形态学对比ApoptosisNecrosis细胞凋亡的生理意义细胞凋亡对个体的正常发育，自稳态的维持，免疫耐受的形成，肿瘤监控等多种生理及病理过程具有重要意义。 In development, homeostasis, tumor surveillance

6、, and the function of the immune system.细胞凋亡的生理意义细胞凋亡对个体的正常发育，自稳态的维持，免疫耐受的形成，肿瘤监控等多种生理及病理过程具有重要意义。 In development, homeostasis, tumor surveillance, and the function of the immune system.95%细胞凋亡的检测方法（1）形态学观察 （2）DNA电泳 （3）TUNEL测定法（DNA断裂的原位末端标记） （4）彗星电泳法（comet assay） （5）流式细胞分析细胞色素细胞色素C诱导细胞凋亡诱导细胞凋亡Lane 1

7、0 h 21 h 32 h 43 h 54 h 6Control 7Marker DNA变化细胞凋亡的分子机制物理性因子物理性因子化学性因子化学性因子生物因子生物因子生物因子生物因子Caspase (1)存在于细胞质中具有类似结构的一类蛋白酶存在于细胞质中具有类似结构的一类蛋白酶Active site: CysteineCleavage site: Asparatic acid Cysteine Asparatic acid specific proteaseAps-Xxx天冬氨酸特异性的半光氨酸蛋白水解酶(2) 哺乳动物细胞哺乳动物细胞Caspase家族成员家族成员 白介素前提活化：白介素前

8、提活化：-1， -4 凋亡起始者：凋亡起始者：-2，-8，-9，-10，-11 凋亡执行者：凋亡执行者：-3，-6，-7 应答死亡信号，应答死亡信号， 执行细胞死亡程序执行细胞死亡程序 起始起始Caspase 活化活化执行执行Caspase的底物的底物核酸内切酶，细胞支架蛋白，核酸内切核酸内切酶，细胞支架蛋白，核酸内切酶，参与酶，参与DNA修复的酶（修复的酶（PARP）（2）Caspase依赖性的细胞凋亡依赖性的细胞凋亡 由死亡受体起始的外源途径由死亡受体起始的外源途径DD: 死亡结构域（死亡结构域（death domain）DED：死亡效应结构域（：死亡效应结构域（death effecto

9、r domain）DISC：死亡诱导信号复合物：死亡诱导信号复合物（death inducing signaling complex） 由线粒体起始的内源途径由线粒体起始的内源途径细胞色素细胞色素C的释放与的释放与Bcl-2蛋白家族蛋白家族（Ced9同源物）调控有关同源物）调控有关（2）Caspase依赖性的细胞凋亡依赖性的细胞凋亡Bcl-2蛋白家族蛋白家族（3）Caspase非依赖性的细胞凋亡非依赖性的细胞凋亡AIF：凋亡诱导因子（：凋亡诱导因子（apoptosis inducing factor）（3）Caspase非依赖性的细胞凋亡非依赖性的细胞凋亡AIF：凋亡诱导因子（：凋亡诱导因子（

10、apoptosis inducing factor）Endo G: 限制性内切核酸酶限制性内切核酸酶G（endonuclease G）（4）生死抉择：细胞凋亡的调控）生死抉择：细胞凋亡的调控1.2.1.（4）生死抉择：细胞凋亡的调控）生死抉择：细胞凋亡的调控 NF-B, IAP, Bcl-2, P53（二）细胞坏死（二）细胞坏死细胞凋亡和细胞坏死的区别细胞凋亡和细胞坏死的区别a. 形态变化形态变化b. 生理后果生理后果（二）细胞坏死（二）细胞坏死（三）细胞自噬（三）细胞自噬自噬过程的信号调控途径自噬过程的信号调控途径 （一）植物细胞的程序性死亡（一）植物细胞的程序性死亡 植物细胞植物细胞PCD

11、的分子机制还不甚清楚，与动物细胞相比，植物的分子机制还不甚清楚，与动物细胞相比，植物死亡细胞的残余物被细胞壁固定在原位，不是被周围细胞吞噬，而是死亡细胞的残余物被细胞壁固定在原位，不是被周围细胞吞噬，而是被自身液泡中的水解酶消化。被自身液泡中的水解酶消化。 在过敏反应中：可观察到染色质凝聚，在过敏反应中：可观察到染色质凝聚，DNA 降解为降解为50Kb片段，片段，细胞质膜及液泡膜皱缩破裂，质壁分离，末期细胞内含物泄露到质外细胞质膜及液泡膜皱缩破裂，质壁分离，末期细胞内含物泄露到质外体中。体中。 在管状细胞分化的在管状细胞分化的PCD过程中，细胞壁增厚，随着液泡膜的破过程中，细胞壁增厚，随着液泡

12、膜的破裂，核裂，核DNA被迅速降解，细胞内含物被水解消化，最后仅剩细胞壁。被迅速降解，细胞内含物被水解消化，最后仅剩细胞壁。 能诱导植物细胞发生能诱导植物细胞发生PCD的因素有多种，主要包括活性氧和植的因素有多种，主要包括活性氧和植物激素等。物激素等。（二）酵母细胞的程序性死亡（二）酵母细胞的程序性死亡 酵母细胞酵母细胞PCD的形态学特征与动物细胞凋亡类似：的形态学特征与动物细胞凋亡类似：DNA 发生凝发生凝聚、边缘化和断裂，细胞色素聚、边缘化和断裂，细胞色素c从线粒体释放等。从线粒体释放等。 研究表明酵母细胞研究表明酵母细胞PCD机制与动物细胞的凋亡机制有类似之处。机制与动物细胞的凋亡机制有

13、类似之处。但还未发现类似动物细胞但还未发现类似动物细胞Caspase的关键执行因子。的关键执行因子。 酵母酵母PCD的生理意义，有研究者认为单细胞生物的生理意义，有研究者认为单细胞生物“主动自杀主动自杀”能够清除适应不良的个体以及控制群体的数量，特别是在应急状态下能够清除适应不良的个体以及控制群体的数量，特别是在应急状态下能够将有限的营养供给具有最佳适应性的个体。能够将有限的营养供给具有最佳适应性的个体。第二节第二节 细胞衰老细胞衰老一、一、细胞衰老的概念及特征细胞衰老的概念及特征二、细胞衰老的分子机制二、细胞衰老的分子机制（一）（一）复制衰老的机制复制衰老的机制（二）（二）胁迫诱导的早熟性衰

14、老胁迫诱导的早熟性衰老（三）（三）单细胞生物的衰老单细胞生物的衰老三、细胞衰老与个体衰老和癌症的关系（自学）三、细胞衰老与个体衰老和癌症的关系（自学）一、细胞衰老的概念及特征一、细胞衰老的概念及特征 细胞衰老（细胞衰老（cell ageing, cellsenescence）一般含义是复制衰老）一般含义是复制衰老（replicative senescence, RS），指体外培养的正常细胞经过有限次），指体外培养的正常细胞经过有限次数的分裂后，停止分裂，细胞形态和生理活动发生显著改变的现象。数的分裂后，停止分裂，细胞形态和生理活动发生显著改变的现象。 Hayflick界限：界限： Hayfli

15、ck的工作表明，细胞，至少是培养的细的工作表明，细胞，至少是培养的细胞，不是不死的，而是有一定寿命的；他们的增殖能力不是无限的，胞，不是不死的，而是有一定寿命的；他们的增殖能力不是无限的，而是有一定的界限，这就是著名的而是有一定的界限，这就是著名的Hayflick界限。界限。 细胞衰老过程形态结构方面的变化细胞衰老过程形态结构方面的变化 主要表现在细胞皱缩，膜通透性、脆性增加，核膜内折，主要表现在细胞皱缩，膜通透性、脆性增加，核膜内折，细胞器数量特别是线粒体数量减少，胞内出现脂褐素等异常物细胞器数量特别是线粒体数量减少，胞内出现脂褐素等异常物质沉积，最终出现细胞凋亡或坏死。质沉积，最终出现细胞

16、凋亡或坏死。 （一）细胞核的变化：核增大，核膜内折，染色质（一）细胞核的变化：核增大，核膜内折，染色质凝聚、固缩、碎裂、凝聚、固缩、碎裂、溶解溶解（二）内质网的变化：（二）内质网的变化：rER总量减少总量减少（三）线粒体的变化：数量减少，体积增大（三）线粒体的变化：数量减少，体积增大（四）致密体的生成：由溶酶体或线粒体转化来（四）致密体的生成：由溶酶体或线粒体转化来（五）膜系统的变化：粘度增加，流动性降低（五）膜系统的变化：粘度增加，流动性降低 此外，细胞间的间隙连接减少，连接的膜内颗粒聚集体变此外，细胞间的间隙连接减少，连接的膜内颗粒聚集体变小。小。（一）复制衰老的机制（一）复制衰老的机制（

17、二）胁迫诱导的早熟性衰老（二）胁迫诱导的早熟性衰老氧化性损伤理论氧化性损伤理论: 该理论认为，代谢过程中产生的活性氧基团或分子（该理论认为，代谢过程中产生的活性氧基团或分子（reactive oxygen species，ROS）引发的氧化性损伤的积累，最终导致衰老。）引发的氧化性损伤的积累，最终导致衰老。ROS主要有三种类型：主要有三种类型： O2-，即超氧自由基；，即超氧自由基； OH-，即羟自由基；，即羟自由基； H2O2。 它们的高度活性引发脂类、蛋白质和核酸分子的氧化性损伤，它们的高度活性引发脂类、蛋白质和核酸分子的氧化性损伤，从而导致细胞结构的损伤乃至破坏。清除从而导致细胞结构的损伤乃至破坏。清除ROS，就可以延长寿命。，就可以延长寿命。（三）单细胞生物的衰老（三）单细胞生物的衰老 芽殖芽殖 酵母细胞核糖体酵母细胞核糖体rRNA基因，通过同源重组，一个环形拷基因，通过同源重组，一个环形拷贝的贝的rDNA从染色体上分离出来形成从染色体上分离出来形成ERC（染色体外的环形（染色体外的环形DNA extra chromosomer DNA cycle），），ERC在其后的细胞周期中不断在其后的细胞周期中不断复