细胞衰老与凋亡课件

1、Chapter 13.细胞衰老与凋亡13.1 细胞衰老 现代人类面临着3种衰老：生理性衰老病理性衰老心理性衰老 衰老(senescing，aging)是机体在退化时期生理功能下降和紊乱的综合表现,是不可逆的生命过程。人的衰老与细胞的衰老相关联。1Chapter 13.细胞衰老与凋亡13.1 细胞衰老现代人22请注意观察老人的外部形态有哪些特征?3请注意观察老人的外部形态有哪些特征?3100多年前有位叫魏特曼的科学家发现某些进行无性生殖的微生物可以持续进行分裂，因此认为细胞不会死亡.4100多年前有位叫魏特曼的科学家发现某些进行无性生殖的微生物Hayflick界限 1961年，Hayflick

2、首次报道了体外培养殖分裂的极限。他利用来自胚胎和成体的成纤维细胞进行体外培养，发现胚胎的成纤维细胞分裂传代50次后开始衰退和死亡，而来自成年组织的成纤维细胞只能培养1530代就开始死亡。 细胞，至少是培养的细胞，不是不死的，而是有一定的寿命； 它们的增殖能力不是无限的，而是有一定的界限，这就是Hayflick界限。5Hayflick界限 1961年，Hayflick 体外培养的年轻和老的人成纤维细胞的显微形态6体外培养的年轻和老的人成纤维细胞的显微形态6物种的寿命与体外培养时细胞传代次数的关系7物种的寿命与体外培养时细胞传代次数的关系7早老症儿童与正常儿童的比较8早老症儿童与正常儿童的比较8细

3、胞衰老的特征细胞内水分减少色素生成和色素颗粒沉积细胞核内质网细胞质膜线粒体蛋白质合成的变化9细胞衰老的特征细胞内水分减少9 细胞核的变化体外培养的二倍体细胞，细胞核随着细胞分裂次数的增加不断增大细胞核的核膜内折（invagination）、染色质固缩化10 细胞核的变化体外培养的二倍体细胞，细胞核随着细胞分裂次内质网的变化衰老动物内质网成分弥散性地分散于核周胞质中，粗面内质网的总量似乎是减少了11内质网的变化衰老动物内质网成分弥散性地分散于核周胞质中， 膜系统的变化衰老的细胞，其膜流动性降低、韧性减小衰老细胞间间隙连接及膜内颗粒的分布也发生变化12 膜系统的变化衰老的细胞，其膜流动性降低、韧性

4、减小12线粒体的变化通常，细胞中线粒体的数量随龄减少，而其体积则随龄增大13线粒体的变化通常，细胞中线粒体的数量随龄减少，而其体积则细胞衰老的理论衰老的损伤积累理论细胞衰老的端粒假说14细胞衰老的理论衰老的损伤积累理论1413.2 细胞凋亡二、发生机制三、凋亡与疾病一、概述13.2 细胞凋亡二、发生机制三、凋亡与疾病一、概述(一) 凋亡的回顾 线虫（C.elegant)中的细胞细胞程序性死亡1. 线虫:成体959个细胞,在发育过程中有131个细胞会注定发生PCD2. PCD发生时间:1h左右3. 参与线虫PCD的发生基因, 目前的有14个16(一) 凋亡的回顾1617171818王晓东：最年轻

5、美国科学院院士 从事的是细胞凋亡规律的研究。2000年，他和助手们进行了一项实验，研究一种神秘的线粒体蛋白质Smac，这种蛋白质可以打破肿瘤的“坚硬堡垒”，诱使肿瘤细胞“自杀”，对研究治疗癌症方法有重要帮助。从2019年他建立起自己的研究室后，他的论文成果在8年间被其他科学家引用超过了15000次。19王晓东：最年轻美国科学院院士 从事的是细胞凋亡规(二) 定义Apoptosis(apo-ptosis)PCD（programmed cell death） 在体内外因素诱导下，由基因严格调控而发生的自主性细胞有序死亡，故又称程序性细胞死亡。(二) 定义Apoptosis(apo-ptosis)P

6、CD(三)细胞凋亡与坏死的区别(三)细胞凋亡与坏死的区别坏死凋亡诱导因素生化特点细胞形状形态变化染色质DNA电泳炎症反应基因调控潜伏期强烈刺激，随机发生被动过程，无新蛋白合成，不耗能破碎成碎片细胞结构全面溶解、破坏、细胞肿胀稀疏、松散、呈絮状弥散性降解，电泳呈均一DNA片状溶酶体破裂，局部炎症反应无无较弱刺激，非随机发生主动过程，有新蛋白合成，耗能形成凋亡小体胞膜及细胞器相对完整细胞皱缩，核固缩致密、固缩、边聚或中聚DNA片段化（180-200bp）电泳呈“梯”状条带溶酶体相对完整，局部无炎症反应有有22坏死凋亡诱导因素强烈刺激，随机发生较弱刺激，非随机发生222323242425252626

7、1. 形态学改变(1) 细胞膜的变化：(2) 细胞质的变化：(3) 细胞核的变化：微绒毛、细胞突起消失；空泡化；出芽胞质浓缩；细胞器变化染色质边聚(四) 凋亡时细胞的主要变化271. 形态学改变(1) 细胞膜的变化：微绒毛、细胞突起消失；(4) 凋亡小体形成 胞膜皱缩内陷，分割包裹胞质，内含DNA物质及细胞器，形成泡状小体称为凋亡小体（apoptosis body） (5) 吞噬 (6) 继发性坏死28282929303031313232apoptosis概 述apoptosis概 述2. 生化改变(1) 凋亡启动因子(2) 凋亡蛋白酶(3) 内源性核酸内切酶与DNA片断化2. 生化改变(1)

8、 凋亡启动因子诱导期执行期消亡期(五) 分期诱导期(五) 分期凋亡诱导因素受体或直接作用死亡信号凋亡相关基因激活DNase激活Caspases激活巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞或继发性坏死诱导期执行期消亡期图81 细胞凋亡的分期凋亡诱导因素受体或直接作用死亡信号凋亡相关基因激活DNaseapoptosis二、发生机制三、凋亡与疾病一、概述apoptosis二、发生机制三、凋亡与疾病一、概述(一)细胞凋亡相关因素(二)主要的信号传导通路(三) 凋亡相关基因(一)细胞凋亡相关因素(一)细胞凋亡相关因素1. 诱导性因素激素和生长因子失衡理化因素：高温、强酸、强碱、抗癌药物免疫性因素微生物学因素：细菌、病毒

9、凋亡程序的执行者(一)细胞凋亡相关因素1. 诱导性因素激素和生长因子失衡理化2. 抑制性因素细胞因子：IL-2，神经生长因子某些激素：ACTH、睾丸酮、雌激素某些二价金属阳离子、药物402. 抑制性因素细胞因子：IL-2，神经生长因子40(二)主要信号传导通路41(二)主要信号传导通路414242 1 . 死亡受体通路 2 . 线粒体通路 43 1 . 死亡受体通路 431. 死亡受体通路凋亡诱导因素死亡受体/配体的表达、结合Caspase-8活化Caspase-3活化apoptosisBid活化线粒体通路 活化441. 死亡受体通路凋亡诱导因素死亡受体/配体的表达、结合Ca454546462

10、. 线粒体通路472. 线粒体通路47凋亡诱导因素PTP开放线粒体中细胞色素C等释放Caspase-9活化Caspase-3活化apoptosis48凋亡诱导因素PTP开放线粒体中细胞色素C等释放Caspase4949 凋亡启动因子 细胞色素C(cytochrome C)（凋亡复合体） 凋亡诱导因子(apoptosis inducing factor,AIF) 凋亡蛋白酶激活因子-1(apoptotic protease activiation factor,Apaf-1)50 凋亡启动因子 细胞色素C(cyto5151凋亡复合体52凋亡复合体523. 凋亡蛋白酶Caspases: cyste

11、ine-containing aspartate-specific protease（含半胱氨酸的天冬氨酸特异水解酶）是一组对底物的天冬氨酸部位有特异水解作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶。(1) 定义及分类533. 凋亡蛋白酶Caspases: cysteine-conapoptosis概 述54apoptosis概 述54(2) 结构特征以无活性的形式存在。在Pro-Caspases的N端均含有一段的前区域（Prodomain）。活性形式均是由2个大亚基和2个小亚基组成的杂四聚体。一分子Pro-Caspase只能分裂产生1个大亚基和1个小亚基 。在大亚基的C端均含有QACXG（X=R.Q

12、或G）的活性中心，其中半胱氨酸（C）是必需氨基酸，故 Caspase是属于半胱氨酸蛋白酶类。55(2) 结构特征以无活性的形式存在。555656(3) caspase的作用底物 凋亡蛋白酶激活的DNA酶抑制物(ICAD) 核纤层（lamina）蛋白 细胞骨架蛋白：导致细胞解体，形成凋 亡小体 其他的caspases 灭活细胞凋亡的抑制物57(3) caspase的作用底物 凋亡蛋白酶激活的使抑制凋亡因子失活，如CAD/ICAD破坏细胞结构，如Lamina将调节区与催化区分离，使蛋白失活，如Gelsolin58使抑制凋亡因子失活，如CAD/ICAD584. 内源性核酸内切酶与DNA片断化594.

13、 内源性核酸内切酶与DNA片断化59CAD激活方式60CAD激活方式60DNA断裂与“梯状条带”(1)61DNA断裂与“梯状条带”(1)61DNA断裂与“梯状条带”(2)62DNA断裂与“梯状条带”(2)62典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳（呈现梯状条带）63典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳（呈现梯状条带）63(三) 细胞凋亡相关基因抑制凋亡基因：Bcl-2，IAP促进凋亡基因：wtP53，Bax双向调控基因：c-myc，Bcl-x64(三) 细胞凋亡相关基因抑制凋亡基因：Bcl-2，IAP促进1. BcL-2家族分子 Bcl-2-B cell lymphoma/leukemia-2 * Bc

14、l-2 229aa构成（鼠236）分布在线粒体内膜,细胞内膜表面，内质网，核膜等处 * Bcl-2 和C. elegans 中的ced-9 有很高的同源性，具有促进细胞存活的功能*Bcl-2的功能是延长细胞的寿命，而不是刺激细胞的增殖651. BcL-2家族分子 Bcl-2-(1) Bcl-2家族分子结构66(1) Bcl-2家族分子结构666767(2) BcL-2的同源基因和蛋白质 一类呈抗凋亡作用，有BcL-2,BcL-w，BcL-XL、BFL-1、Brag-1、MCL-1，AI。 另一类呈现促凋亡作用的，有Bax，Bak, Bok，BcL-Xs，Bad, Bid, Bik，Hrk，Bi

15、m等。 BcL-2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，BcL-2家族的蛋白与蛋白相互作用调节着细胞的存活与凋亡。68(2) BcL-2的同源基因和蛋白质 一类呈抗(3) BcL-2抗凋亡机制直接的抗氧化抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质抑制促凋亡的Bax，Bak细胞毒作用抑制Caspases激活维持细胞钙稳态69(3) BcL-2抗凋亡机制直接的抗氧化692. Fas Fas 属肿瘤坏死因子受体（TNFR)家族成员， Fas配体（FasL)属TNF家族成员。 Fas是跨膜蛋白，由胞外区(157 aa)，穿膜区(17 aa)及胞浆区(145 aa)组成。Fas胞浆区一段6070氨基酸

16、序列与TNFR胞浆区高度同源，并介导细胞死亡，称之为死亡域(death domain，DD)。 Fas较广泛地分布于多种类型的细胞。 FasL与其受体Fas结合导致细胞凋亡。 702. Fas Fas 属肿瘤坏死因子受体（TNFR)3. P53基因wtP53修复受损的DNA，如修复失败则诱导细胞凋亡突变的P53失活的P53丧失监视DNA损伤的功能射线，毒素P53蛋白+细胞凋亡分子警察713. P53基因wtP53突变的P53失活的P53丧失监视D C-myc是一种原癌基因，是调控细胞周期的主要基因。编码的蛋白是DNA结合蛋白，调控基因转录。在GF充足时主要激活介导细胞增殖的基因；反之激活凋亡基

17、因。 4、C-myc基因 C-myc是一种原癌基因，是调控细胞周期的主要基因。5、IAP家族 IAP家族是一组具有BIR（baculoviral IAP repeat)结构域和抑制凋亡的蛋白。IAP家族蛋白的BIR结构域是IAP 抑制凋亡的结构基础。在人类已确定有6种IAP相关蛋白。在酵母和哺乳动物细胞中，IAP家族蛋白能通过抑制caspase-3,7,9等的活性。735、IAP家族 IAP家族是一组具有BIR（bacul6、其他基因 Jun、fos、myb、asy、Rb等基因都与细胞凋亡的发生有关746、其他基因 Jun、fos、myb、asy、Rbapoptosis二、发生机制三、凋亡与疾

18、病一、概述apoptosis二、发生机制三、凋亡与疾病一、概述(一） 细胞凋亡的生理意义1. 参与正常生长发育2. 维持内环境稳定3. 防御功能76(一） 细胞凋亡的生理意义1. 参与正常生长发育2. 维持内Normal functions of apoptosis 1(1) Deleting structures that are no longer required e.g. regression of the tadpole tail(2) Sculpting(3) Adjusting cell numbers in developing tissues, e.g. the nervou

19、s systemNGFNGFNGFtarget cellsdeveloping neuronsNGFNGFNGFtarget cells77Normal functions of apoptosis 78787979Normal functions of apoptosis 2(4) Tissue homeostasis, e.g. liver regeneration / regression(7) Killing of pathogen-infected cells by cytotoxic T cells(6) Removing potentially harmful cells e.g

20、. developing T and B lymphocytes with self-reactive antigen receptorsEliminating injured / damaged cells, e.g. cells with damaged DNA80Normal functions of apoptosis 8181CTL肿瘤细胞CTL正在诱导肿瘤细胞凋亡82CTL肿瘤细胞CTL正在诱导肿瘤细胞凋亡82(二） 细胞凋亡与疾病发生的关系83(二） 细胞凋亡与疾病发生的关系83 细胞凋亡与疾病的关系 该“死”的细胞不死，不该“死”的细胞却死了，也就是说无论凋亡过度或凋亡不足都可

21、以导致疾病的发生。 细胞凋亡与疾病的关系 该“死”的细胞细胞凋亡不足引起的疾病 细胞凋亡增多引起的疾病1.癌症: 1.AIDS病淋巴瘤 乳腺癌 前列腺癌等 2.神经退行形病变:老年性痴呆 帕金森病等2.自身免疫疾病: 红斑狼疮 风湿性关节炎 3.再生障碍性贫血3.病毒感染 4.缺血性损伤再灌注损伤心肌梗塞脑卒中 5.心衰 肝衰85细胞凋亡不足引起的疾病 细胞凋亡增多引起的疾病85本章重点细胞衰老过程中，细胞结构发生哪些变化？Apoptosis, Necrosis, Hayflick 界限的概念Apoptosis 和Necrosis的区别Apoptosis的两条信号途径86本章重点细胞衰老过程中

22、，细胞结构发生哪些变化？861. What is the first protein recruited to the TNFR1 receptor following binding of TNF alpha?A、FADD B、TRADD C、RIP D、TRAF-22. Which of the following is NOT a component of the apoptosome?A. Caspase-3 B. Cytochrome C C.ATP D. Apaf-13. Which of the following is a pro-apoptotic member of the Bcl-2 family of proteins?A. Bcl-XL B. Bcl-2 C. Bid D.None of the above4. Which protein inhibits apoptosis?A. XIAP B. Bcl-2 C. hsp-72 D. All of the above5. Which is the first protein recruited to the Fas