细胞生物学15细胞凋亡课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,细胞死亡(,Cell Death,),细胞死亡(Cell Death),内容要求,掌握细胞坏死与细胞凋亡的概念及区别,掌握细胞凋亡的形态学及生物化学特征,掌握细胞凋亡的生理意义,掌握细胞凋亡的信号传导途径,熟悉细胞凋亡的调控机制,了解细胞凋亡与疾病的关系,内容要求掌握细胞坏死与细胞凋亡的概念及区别,内容安排,细胞死亡概述,细胞凋亡的信号传递途径,细胞凋亡的调控,细胞凋亡与疾病,内容安排细胞死亡概述,（一）细胞死亡概述,细胞死亡是细胞生命现象不可逆的停止,细胞死亡可分为：正常死亡与非正常死亡,（一）细胞死亡概述细胞死亡是细胞生命现象不可逆的停止,非正常死亡又称细胞坏死,（,cell,necrosis,）,由超过细胞可承受强度或阈值的环境因子引起和,/,或由于机体病理状态导致的细胞死亡。,非正常死亡,非正常死亡又称细胞坏死（cell necrosis）非正常死,细胞坏死的环境因子,物理因素,:,高温、低温，高渗、低渗及射线等,化学因素：有毒化合物等,生物因素：细菌、病毒等,细胞坏死的环境因子物理因素: 高温、低温，高渗、低渗及射线等,细胞坏死的病理状态,局部缺血,高热,细胞坏死的病理状态局部缺血,细胞坏死的形态学特征:,细胞成群丢失,细胞膜不完整,细胞肿胀、溶解,发生严重炎症反应,被巨噬细胞所吞噬,溶酶体裂解,染色质聚集成块、不均一,细胞坏死的形态学特征: 细胞成群丢失,正常死亡又称程序性细胞死亡,（,programmed cell death, PCD,）,生理或病理条件下，细胞遵循自身程序，由基因决定的、自己主动结束其生命的死亡方式。,正常死亡,正常死亡又称程序性细胞死亡正常死亡,程序性细胞死亡分类,PCD-I,型： 细胞凋亡（,apoptosis,）,PCD-II,型：非凋亡性程序性死亡,程序性细胞死亡分类PCD-I型： 细胞凋亡（apoptosi,细胞凋亡,细胞凋亡（,Apoptosis,）：,程序性死亡时具有一系列形态学上固定变化的死亡方式。,Apoptosis,源于希腊语，,apo,意为,from， ptosis,意为,fall,。用于描述花儿凋谢、树叶落下的自然景色。,细胞凋亡细胞凋亡（Apoptosis）：,蝌蚪变成青蛙的过程中尾巴的消失,细胞凋亡范例,-1,蝌蚪变成青蛙的过程中尾巴的消失 细胞凋亡范例-1,人手指间蹼的消失,细胞凋亡范例,-2,人手指间蹼的消失 细胞凋亡范例-2,基因控制下有序、主动的死亡过程,能量依赖的死亡过程,具有一系列形态学上的固定变化,细胞凋亡的特点,细胞凋亡的特点,细胞凋亡的生物学意义,清除多余的细胞以,确保个体正常发育,清除受损、突变及衰老细胞以维持内环境稳定,阻止病毒感染细胞复制，主动防御,细胞凋亡的生物学意义 清除多余的细胞以确保个体正常发育,细胞凋亡的特征,细胞凋亡的形态学特征,2. 细胞凋亡的生物化学特征,细胞凋亡的特征细胞凋亡的形态学特征,2 凋亡小体,3 凋亡小体 被上皮细胞或单核巨噬细胞识别,5 单核巨噬细胞吞噬,1 细胞凋,亡早期,4 上皮细胞吞噬,细胞凋亡的形态学特征,2 凋亡小体3 凋亡小体,细胞凋亡早期的形态学特征,细胞首先变圆，随即与邻周细胞脱离，失去微绒毛，胞浆浓缩，内质网扩张呈泡状并与细胞膜融合，核染色质密度增高，凝聚在核膜周边。,细胞凋亡早期的形态学特征 细胞首先变圆，,凋亡小体,核染色质断裂为大小不等的片段，与某些细胞器如线粒体一起聚集，为反折的细胞膜所包围。从外观上看，细胞表面产生了许多泡状或芽状突起。分离形成单个的凋亡小体（,apoptotic body,）,凋亡小体 核染色质断裂为大小不等的片段，与,正常细胞,凋亡细胞,正常细胞,a,正常细胞,b,（左） 凋亡细胞,(,扫描电镜,),b,（右） 凋亡细胞,(,透射电镜,）,a 正常细胞,A,坏死细胞,B,凋亡细胞,细胞凋亡与细胞坏死,A 坏死细胞B 凋亡细胞细胞凋亡与细胞坏死,3.,SEM of a necrotic cell. Numerous lesions appear on the cell surface.,4.,SEM of an apoptotic cell. Surface blebbing is evident,.,细胞凋亡与细胞坏死,3. SEM of a necrotic cell. Num,细胞生物学15细胞凋亡课件,细 胞 凋 亡,细胞 坏 死,1.单个细胞丢失 细胞成群丢失,2.细胞膜发泡但仍完整 细胞膜不完整,3.细胞膜内陷将细胞 细胞肿胀、溶解,分割成凋亡小体,4. 不发生炎症反应 发生严重炎症反应,5.被邻近正常细胞 被巨噬细胞所吞噬,或吞噬细胞所吞噬,6.溶酶体完整 溶酶体裂解,7.染色质均一凝集 染色质聚集成块、不均一,细胞凋亡与坏死在形态学上的差别,细 胞 凋 亡 细胞 坏 死细胞凋,细胞凋亡的生物化学特征,凋亡细胞膜上,出,现,一些,标志性变化:,细胞膜上的磷脂酰丝氨酸(,PS,),由膜内侧翻到膜外表面,胞质内：,蛋白酶活化，发生级联反应（,cascade,）,并伴随有能量消耗、新基因转录或蛋白质合成,DNA,片段化：,细胞核内染色质,DNA,被核酸内切酶降解。从凋亡细胞中提取的,DNA,在琼脂糖凝胶电泳中呈梯状,(,DNA ladder,)。,细胞凋亡的生物化学特征凋亡细胞膜上出现一些标志性变化: 胞,细胞凋亡的生物化学特征,细胞凋亡的生物化学特征,细胞凋亡与细胞坏死在生物化学上的区别,细胞凋亡 细胞坏死,生理因素诱导 非生理因素造成的意外损伤,膜上磷脂酰丝氨酸外翻 膜上磷脂酰丝氨酸不外翻,受大分子合成和 离子稳态调节丧失,激活过程的调控,需要能量 不需要能量,需要大分子合成 不需要大分子合成,有新基因转录 没有新基因转录,染色质,DNA,非随机 染色质,DNA,被随机降解,降解为,DNA ladder,细胞凋亡与细胞坏死在生物化学上的区别细胞凋亡,程序性细胞死亡中不表现细胞凋亡形态学特征的死亡方式。,如烟草幼鹰蛾蜕变时，其幼虫肌细胞的死亡。,非凋亡性程序性死亡,程序性细胞死亡中不表现细胞凋亡形态学特征的死亡方,（二）,细胞凋亡的信号传递途径,一系列连续的生化反应，即生物大分子激活与细胞凋亡效应的偶联反应。,分为膜受体通路与线粒体通路两类。,（二）细胞凋亡的信号传递途径 一系列连续的生化反应，即生物,细胞凋亡的信号传递过程,细胞凋亡信号诱导细胞内起始蛋白酶活化,无活性的蛋白酶原顺序活化,细胞核内染色体,DNA,断裂,细胞凋亡的信号传递过程细胞凋亡信号诱导细胞内起始蛋白酶活化,膜受体通路,细胞外信号刺激细胞膜上死亡受体而激活半胱氨酸蛋白酶介导的细胞凋亡途径。,又称为外源性途径（,extrinsic pathway,）或死亡受体途径（,death receptor pathway,）,膜受体通路 细胞外信号刺激细胞膜上死亡受体而激活半胱氨酸蛋白,死亡受体,（,Death Receptor,）结构,胞外区,:,结构相似，含多个富含半胱氨酸的保守序列。,胞内区,:,含一段约,90,个氨基酸残基组成的基序,（,motif,），称为,死亡结构域,(death domain,，,DD),。,DD,不具有任何酶活性，但可与具有相似死亡结构域（,DD,）的蛋白质结合。,死亡受体（ Death Receptor）结构胞外区:,死亡受体,TNFR-1:,肿瘤坏死因子受体,Fas,(,又称,CD95),：,FasL,受体,TRAILR,：,TNF,相关凋亡诱导配体的受体,死亡受体TNFR-1: 肿瘤坏死因子受体,死亡受体的配体,同源三聚体复合物，可结合3个受体分子,诱导受体分子上的3个死亡功能区相聚成簇,吸引胞质衔接蛋白（,adaptor protein),靠近,死亡受体的配体同源三聚体复合物，可结合3个受体分子,衔接蛋白,含有与死亡受体死亡结构域结合位点,DD,结合死亡受体，转导死亡受体信号,含有死亡效应结构域(,death effecter domain,，,DED)，,与,Procaspase-8,结合，使其自我剪切，转变成有活性的酶蛋白。,衔接蛋白含有与死亡受体死亡结构域结合位点DD,衔接蛋白,FADD,（,Fas-associated death domain,）,：,Fas,相关死亡结构域蛋白,TRADD,(TNF receptor associated death domain protein) ：,TNF,受体相关死亡结构域蛋白,衔接蛋白FADD （Fas-associated death,细胞凋亡通路,细胞凋亡通路,细胞凋亡的效应分子,Caspases (,C,ysteinal-,asp,artic- acid prote,ases,) : 胱天蛋白酶，特异性水解底物天冬氨酸,C,端肽键,细胞凋亡的过程即,Caspase,不可逆有限水解底物的级联放大反应过程。,细胞凋亡的效应分子 Caspases (Cysteinal-,Caspases,凋亡启动亚类,Caspase,（,Initiator caspase,）：,Caspase8， 9。,凋亡效应亚类,Caspase,（,Effector caspase,）,：,Caspase3，6，7。,Caspases 凋亡启动亚类Caspase（ Initi,Caspase,的活化,Caspase的活化,细胞生物学15细胞凋亡课件,Caspase,的效应机制,裂解,ICAD,（,inhibitor of caspase-activated deoxyribonulease,）,，破坏细胞抗凋亡因素。,直接破坏细胞结构，如裂解核纤层。,抑制多种与,DNA、RNA,功能有关的蛋白，使细胞的增殖与复制受阻并发生凋亡。,Caspase的效应机制裂解ICAD （inhibitor,Caspase,的效应机制,Caspase的效应机制,细胞凋亡通路,细胞凋亡通路,细胞凋亡的膜受体通路,死亡受体的配体,+,死亡受体,+,衔接蛋白,凋亡诱导复合物（,DISC）,胞质中游离的,caspase8,聚集到这个复合物上,caspase8,充足,caspase8,不足,死亡受体活化，细胞凋亡 切 割,Bid tBid,进入线粒体,CtyC,释放,细胞凋亡的膜受体通路 死亡受体的配体+死亡受体,线粒体通路,细胞受到损伤或发生应激反应时，从细胞内部诱导胱天蛋白酶原聚集、活化而使细胞凋亡，称为线粒体通路。,又称为内源性途径（,intrinsic pathway,）或应激途径（,stress pathway,）,线粒体通路 细胞受到损伤或发生应激反应时，从细胞内部诱导胱天,线粒体改变,线粒体膜通透性增加,跨膜电位下降,膜孔增大，导致线粒体内电子载体蛋白,细胞色素,C,释放,线粒体改变 线粒体膜通透性增加,线粒体通路过程,细胞受到损伤或发生应激反应时线粒体细胞色素,C,释放,凋亡体组装形成,凋亡体活化胱天蛋白酶,-9,胱天蛋白酶级联反应，诱导凋亡,线粒体通路过程细胞受到损伤或发生应激反应时线粒体细胞色素C释,凋亡体,(apoptosome),CytC,Apaf-1,(凋亡蛋白酶活化因子,a,poptosis,p,rotease,a,ctivating,f,actor 1),脱氧三磷酸腺苷,多个,Procaspase-9,凋亡体 (apoptosome)CytC,凋亡体,凋亡体,2.,细胞凋亡的线粒体通路,2. 细胞凋亡的线粒体通路,三、细胞凋亡的调控,Bcl,2,家族对,细胞凋亡的调控,三、细胞凋亡的调控Bcl2家族对细胞凋亡的调控,Bcl-2,亚家族：,Bcl-2,、,Bcl-xl,、,Bcl-w,、,Mcl-1,、,A1,。,具有,BH1,、,BH2,、,BH3,和,BH4,四个结构域。,Bcl-2,亚家族成员,抑制细胞凋亡,Bax,亚家族,：,Bax,、,Bak,、,Bok,，,具有,BH1,、,BH2,、,BH3,三个结构域,它们的作用与,Bcl-2,亚家族的作用相反，可,促进细胞凋亡。,BH3,亚家族,：,Bik,、,Blk,、,Hrk,、,BNIP3,、,Biml,、,Bad,、,Bid,；仅有,BH3,结构域。它们的作用也与,Bcl-2,亚家族的作用相反，可,促进细胞凋亡,。,Bcl-2,家族成员,Bcl-2亚家族： Bcl-2、 Bcl-xl、 Bcl-w,细胞生物学15细胞凋亡课件,调节线粒体通透性转换孔道,（,mitochondrial permeability transition pore）：,包括位于线粒体外膜的,VDAC,和内膜的,ANT,VDAC,（ voltage-dependent anion channel）：,电压依赖的离子通道,ANT （,adenine nucleotide translocator ）：,腺嘌呤核苷酸转位酶,孔道开放，,Cyto c,等小分子物质可释放到细胞质中。,Bcl-2,家族作用机制,调节线粒体通透性转换孔道（mitochondrial per,Bcl-2/Bcl-x,L,和,Bax/Bak,与,VDAC,相互作用，改变线粒体膜的通透性。,Bcl-2 and Bcl-x,L,关闭,该转运孔道，调节膜电位上升，降低膜通透性，防止,Cyto c,释放，抑制细胞凋亡。,Bax,和,Bak,等可,打开,该孔道，促使,Cyto c,释放。,Bcl-2,家族,Bcl-2/Bcl-xL和Bax/Bak 与VDAC 相互作,细胞生物学15细胞凋亡课件,四、细胞凋亡与人类疾病,细胞凋亡受抑制有关的疾病：,恶性肿瘤,:,滤泡性淋巴瘤、乳腺癌、白血病等,自身免疫性疾病：系统性红斑狼疮、肾炎,病毒感染性疾病：腺病毒病、庖疹病毒病,细胞凋亡增多有关的疾病：,艾滋病：,神经变性性疾病：早老性迟呆、帕金森病、小脑退化病,骨髓发育不全性疾病,缺血性疾病,酒精中毒性肝炎,四、细胞凋亡与人类疾病细胞凋亡受抑制有关的疾病：,答疑安排,答疑时间：,2013,年,7,月,2,日，星期二，上午,10,：,00-11,：,00,答疑地点：,细胞楼三层实验室。,考试题型：,单项选择题、名词解释及简答题,答疑安排答疑时间：,考试安排,考试时间：,2013,年,7,月,8,日，星期一，上午,8,：,30-10,：,30,考试地点：,逸夫楼,414,教：口腔,11,级,-2,班,逸夫楼,508,教：,11,级医实、医检班,考试安排考试时间：,Molecular Biology of the Cell. 4th Edition.,细胞生物学翟中和等.,参考资料：,参考资料：,思考题,1.,简述细胞凋亡的外在途径和内在途径。,比较细胞凋亡与细胞坏死在形态学特征,上的主要区别。,思考题1. 简述细胞凋亡的外在途径和内在途径。,