程序性细胞死亡PPT课件.ppt

胚胎发育胚胎发育与程序性细胞死亡与程序性细胞死亡湘雅医学院组胚教研室湘雅医学院组胚教研室张彬张彬第 八 章 n n蝌蚪尾的蝌蚪尾的消失消失n n脊椎动物脊椎动物的神经系的神经系统的发育统的发育n n发育过程发育过程中手和足中手和足的成形过的成形过程程一、一、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) ) （（在体在体内外因素诱导下，由内外因素诱导下，由基因严格调控基因严格调控而发而发生的生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 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；（染色质浓缩形成半特征；（染色质浓缩形成半月形）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““细胞凋细胞凋亡亡” ” （（apoptosisapoptosis））的概念；的概念；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 DNA ladderladder””是细胞是细胞 凋亡发生的标志；凋亡发生的标志；Sydney Brenner H. Robert Horvitz John SulstonSydney Brenner H. Robert Horvitz John Sulston THE 2002 NOBEL PRIZE WINNER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从事的是细胞凋亡规律的研究 1996 1996年年，，发现线粒体释放发现线粒体释放细胞色素细胞色素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二二、、 PCD/ PCD/细胞凋亡的形态变化细胞凋亡的形态变化(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)膜空泡化膜空泡化（（blebbingblebbing) )出芽出芽( (buddingbudding) ) (2) (2)胞质浓缩；胞质浓缩； 细胞器变细胞器变化化(3)核浓缩；核浓缩；染色质边聚染色质边聚(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，形成泡状小体称为凋亡小体称为凋亡小体（（apoptosis body）） (5) (5) 吞噬吞噬巨噬细胞吞噬凋亡小体巨噬细胞吞噬凋亡小体巨噬细胞巨噬细胞凋亡小体凋亡小体PCD/细胞凋亡与坏死的区别细胞凋亡与坏死的区别★★图图图图8 8－－－－2 2 细胞凋亡与细胞坏死的比较细胞凋亡与细胞坏死的比较细胞凋亡与细胞坏死的比较细胞凋亡与细胞坏死的比较 细胞坏死细胞坏死细胞坏死细胞坏死 细胞凋亡细胞凋亡细胞凋亡细胞凋亡1.1.1.1.性质性质性质性质病理性病理性病理性病理性生理性或病理性生理性或病理性生理性或病理性生理性或病理性2.2.2.2.诱导因素诱导因素诱导因素诱导因素强烈刺激，随机发生强烈刺激，随机发生强烈刺激，随机发生强烈刺激，随机发生较弱刺激，非随机发生较弱刺激，非随机发生较弱刺激，非随机发生较弱刺激，非随机发生3.3.3.3.生化特点生化特点生化特点生化特点被动过程，无新蛋白合成，不被动过程，无新蛋白合成，不被动过程，无新蛋白合成，不被动过程，无新蛋白合成，不耗能耗能耗能耗能主动过程，有新蛋白合成，耗主动过程，有新蛋白合成，耗主动过程，有新蛋白合成，耗主动过程，有新蛋白合成，耗能能能能4.4.4.4.形态变化形态变化形态变化形态变化细胞结构全面溶解、破坏、细细胞结构全面溶解、破坏、细细胞结构全面溶解、破坏、细细胞结构全面溶解、破坏、细胞肿胀胞肿胀胞肿胀胞肿胀胞膜及细胞器相对完整，细胞胞膜及细胞器相对完整，细胞胞膜及细胞器相对完整，细胞胞膜及细胞器相对完整，细胞皱缩，核固缩皱缩，核固缩皱缩，核固缩皱缩，核固缩5.5.5.5.DNADNADNADNA电泳电泳电泳电泳弥散性降解，电泳呈均一弥散性降解，电泳呈均一弥散性降解，电泳呈均一弥散性降解，电泳呈均一DNADNADNADNA片片片片状状状状DNADNADNADNA片段化（片段化（片段化（片段化（180-200180-200180-200180-200bpbpbpbp），），），），电电电电泳呈梯状条带泳呈梯状条带泳呈梯状条带泳呈梯状条带6.6.6.6.炎症反应炎症反应炎症反应炎症反应溶酶体破裂，局部炎症反应溶酶体破裂，局部炎症反应溶酶体破裂，局部炎症反应溶酶体破裂，局部炎症反应溶酶体相对完整，局部无炎症溶酶体相对完整，局部无炎症溶酶体相对完整，局部无炎症溶酶体相对完整，局部无炎症反应反应反应反应7.7.7.7.凋亡小体凋亡小体凋亡小体凋亡小体无无无无有有有有8.8.8.8.基因调控基因调控基因调控基因调控无无无无有有有有表表8－－1 细胞凋亡与细胞坏死的比较细胞凋亡与细胞坏死的比较三、胚胎发育中的程序性细胞死亡（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）（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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：主要是生长因子：NGF，，FGF，，TGF，，G-CSF等缺乏导致等缺乏导致PCD（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：：55-60kD，， TNFR I-TRADD（（TNFR相相关死亡蛋白）关死亡蛋白）-FADD- proCaspase-8（（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2. 2. 凋亡蛋白酶凋亡蛋白酶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部位有特异水解作用，其活性中心富含异水解作用，其活性中心富含半胱氨酸半胱氨酸的的蛋白酶。

蛋白酶1) (1) 定定义义（（2））Caspase Caspase 的分类及功能的分类及功能Caspases Caspases 激活的瀑布学说激活的瀑布学说( (级联反应级联反应) )(3) 结构特征结构特征①①以无活性的以无活性的 形式存在；形式存在；②②N N端均含有一端均含有一 段的前区域；段的前区域；④④在大亚基的在大亚基的C C端含有端含有一一活性中心，其中活性中心，其中半胱氨酸是必需氨半胱氨酸是必需氨基酸③③活性形式由活性形式由2 2个大亚个大亚 基和基和2 2个小亚基组个小亚基组成成 的杂四聚体；的杂四聚体；Active enzymeCatalytic sites(4)(4) CaspaseCaspase的作用底物的作用底物 ① ① 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② ② 核纤层核纤层（（lamina））蛋白蛋白细胞核细胞核lamina染色体染色体 ③ ③ 细胞骨架蛋白：导致细胞解体，细胞骨架蛋白：导致细胞解体，形成形成 凋亡小体凋亡小体 ④ ④ 其他的其他的caspases ⑤ ⑤ 灭活细胞凋亡的抑制物灭活细胞凋亡的抑制物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5、自由基、自由基活性氧自由基：诱导活性氧自由基：诱导PCD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，，低低浓度抑制浓度抑制PCD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核途径细胞核途径诱导细胞凋亡诱导细胞凋亡射线、毒素）（射线、毒素）分子警察分子警察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7 7、、BcL-2BcL-2家族家族3 3个亚家族个亚家族BcL-2BcL-2亚家族亚家族: : 起抗凋亡起抗凋亡作用作用BaxBax亚家族亚家族BH3BH3亚家族亚家族起促凋亡作用起促凋亡作用BH： BcL-2BcL-2同源结构域同源结构域 BcL-2 BcL-2基因家族成员自身或彼此之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，间有形成二聚体或多聚体的能力，BcL-2BcL-2家族的蛋白与蛋白相互作用调节着细胞的家族的蛋白与蛋白相互作用调节着细胞的存活与凋亡。

存活与凋亡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）分布粒体膜）分布粒体膜, , 内质网，内质网，核膜等处核膜等处 Bcl-2 和和C. elegans 中的中的ced-9 有很高的有很高的同源同源 性，具有促进细胞存活的功能性，具有促进细胞存活的功能BcL-2BcL-2抗凋亡机制：抗凋亡机制：①①直接抗氧化；直接抗氧化；②②调节调节PTPPTP开放；开放；③③抑制抑制Bax，，Bak的促凋亡作用；的促凋亡作用；④④抑制抑制Caspases激活；激活；⑤⑤维持细胞钙稳态维持细胞钙稳态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 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等的活等的活性性凋亡细凋亡细胞胞DNADNA的的断裂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180180－－200200bpbp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激活酶激活( (CAD)CAD)9. 9. 核酸内切酶核酸内切酶 Caspase 8 Caspase 3 Caspase 9 Cleavage of substrates Nucleus Degradation of DNACAD激活方式细胞细胞膜膜DNADNA断裂与断裂与““梯状条带梯状条带””RDNA“梯梯”状条带状条带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/ /外源性通外源性通路路) )死亡受体家族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FasFas／／CD95CD95TNFRTNFRFas/FasFas/FasL LDD:          death domain死死亡亡受受体体通通路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)的的表达、结合表达、结合Caspase-8活化活化Caspase-3活化活化apoptosisFADDFADD2. 2. 线粒体通路（内源性途径）线粒体通路（内源性途径）R R1 1、线粒体跨膜电位（、线粒体跨膜电位（ΔψmΔψm））的破坏与细的破坏与细胞凋亡的一致性；胞凋亡的一致性； ΔψmΔψm 下降时下降时PTPPTP开放导致细胞凋亡开放导致细胞凋亡 ΔψmΔψm 正常时无细胞凋亡正常时无细胞凋亡2 2、线粒体跨膜电位（、线粒体跨膜电位（ΔψmΔψm））的破坏早于的破坏早于核核DNADNA的断裂。

的断裂? ?? ? 线粒体信号通路线粒体信号通路smacSmac: second mitochondria-derived activator of caspaseIAPs(-)Apoptosis Apoptosis inducing inducing factorfactorInhibitors Inhibitors of apoptosis of apoptosis proteinproteinapoptotic apoptotic protease protease activiatioactiviation factorn factor凋亡诱导因素凋亡诱导因素死亡受体死亡受体/ /配体的表达、结合配体的表达、结合Caspase-8活化活化Caspase-3活化活化apoptosisBid活化活化线粒体通路线粒体通路 活化活化死亡受体通路与线粒体通路的联系死亡受体通路与线粒体通路的联系Caspase-3活化活化小小结结磷脂酰丝氨酸（磷脂酰丝氨酸（PS)的外翻的外翻PS巨噬细胞吞噬巨噬细胞吞噬磷脂酰丝氨酸（磷脂酰丝氨酸（PS)的外的外翻翻凋亡小体凋亡小体巨巨噬噬细细胞胞PS的外的外翻凋亡小翻凋亡小体体提纲提纲谢谢！凋亡复合体凋亡复合体CARD:    Caspase Activation and Recruitment Domain。