程序性细胞死亡与细胞衰老课件.ppt

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第十三章程序性细胞死亡与细胞衰老
●细胞死亡
(programmmedcelldeath,PCD)
●细胞衰老
(cellageing或cellsenescence)
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程序性细胞死亡
动物细胞程序性死亡
细胞凋亡(apoptosis)
细胞坏死(necrosis)
细胞自噬(autophagy)
植物细胞与酵母细胞的程序性死亡
植物细胞的程序性死亡:木质部管状细胞的成熟过程,植物细胞在受到真菌或细菌感染后会发生主动快速死亡。死亡细胞的残余被细胞壁固定在原位,被液泡中水解酶消化。
酵母细胞的程序性死亡:与动物程序性死亡类似。
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细胞凋亡(Apoptosis)
●细胞凋亡的概念和特征
●细胞凋亡的生理意义:对于动物个体的正常发育,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。
蝌蚪尾的消失,发育过程中手和足的成形过程;
脊椎动物的神经系统的发育;
凋亡不足导致肿瘤在内的多种疾病,调亡过度导致机体免疫功能的丧失。
●细胞凋亡的检测方法
●细胞凋亡的分子机制
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细胞凋亡的检测方法
◆形态学观测:染色法(台盼蓝)、透射和扫描电镜观察。
◆DNA电泳:DN***段就呈现出梯状条带。
◆TUNEL测定法,即DNA断裂的原位末端标记法。
◆彗星电泳法(cometassay):将细胞裂解处理,电泳并用荧光染料染色,凋亡细胞DNA降解片断在电场中泳动速度快,使细胞核呈彗星式图案。
◆流式细胞分析:凋亡细胞DNA断裂和丢失,呈亚二倍体状态,用碘化丙腚染色使DNA产生激发荧光。
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细胞凋亡的分子机制
●诱导细胞凋亡的因子
●Caspase家族与凋亡
◆Caspase
◆Caspase依赖性的细胞凋亡
▲死亡受体起始的外源途径
▲线粒体起始的内源途径
◆Caspase非依赖性的细胞凋亡
◆生死抉择:细胞凋亡的调控
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诱导细胞凋亡的因子
◆物理性因子,包括射线(紫外线,射线等),较温和的温度刺激(如热激,冷激)等。
◆化学及生物因子:包括活性氧基团和分子,钙离子载体,维生素K3,视黄酸,细胞***,DNA和蛋白质合成的抑制剂,正常生理因子(激素,细胞生长因子等)失调以及肿瘤坏死因子(TNF)处理等。
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细胞凋亡分为两个阶段
激活期:前期细胞应答死亡信号,起始Caspase活化。凋亡信号刺激→酶原分子在特异性的Asp位点被切割→形成两个大小亚基的异二聚体→具有活性的Caspase;
执行期:后期执行Caspase活化,执行细胞死亡程序。起始Caspase招募执行Caspase酶原分子后→进行切割→产生具有活性的执行Caspase→切割细胞内重要的结构和功能蛋白→细胞凋亡。已知执行Caspase底物约280种。
起始Caspase和执行Caspase组成细胞内凋亡信号的联级分子网络,凋亡程序一旦启动,网络顶端起始Caspase首先活化,切割下游Caspase酶原,使得凋亡信号在短时间内迅速放大并传递到整个细胞,产生凋亡效应。
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死亡受体起始的外源途径
▲凋亡信号通路:死亡配体主要是肿瘤坏死因子(TNF)家族成员,死亡配体的生物学功能是通过与细胞表面的受体结合来实现的,TNF-R1和Fas是死亡受体家族的代表成员,它们的胞质部分均含有死亡结构域(DD),负责招募凋亡信号通路中的信号分子。
▲举例:配体与Fas结合→Fas聚合→Fas通过胞质区的死亡结构域招募接头蛋白FADD和Caspases-8酶原→形成死亡诱导复合物DISC→Caspases-8酶原在复合物中通过自身切割被激活→切割执行者Caspases-3酶原→产生有活性的Caspases-3→导致细胞凋亡。活化的Caspases-8酶还通过切割Bcl-2家族成员的Bid将凋亡信号传递到线粒体,引发内源途径,信号进一步放大。
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线粒体起始的内源途径
◆细胞受到内部或外部的凋亡信号刺激时,线粒体外膜的通透性会发生改变,向细胞质基质中释放出凋亡相关因子,引发细胞凋亡。哺乳动物细胞接受凋亡信号刺激,CytC从线粒体释放到细胞质中,与另一个凋亡因子Apaf-1结合,诱导细胞凋亡发生。
◆线粒体外膜通透性改变主要受到Bcl-2蛋白家族的调控,是Ced-9在哺乳类中的同源物,含有一个或多个BH结构域,定位在线粒体外膜上,或接受信号后转移到线粒体外膜上。
◆细胞接受凋亡信号后促凋亡因子Bax和Bak发生寡聚化,从胞质中转移到线粒体外膜上,与膜上阴离子通道蛋白作用,使通道开放,线粒体内凋亡因子(CytC)释放到细胞质基质中,引发细胞凋亡。
◆Bcl-2、线粒体与细胞凋亡
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生死抉择:细胞凋亡的调控
Caspase抑制因子:直接与Caspase活性分子结合,阻抑其对底物的切割作用,包括c-IAP家族7个成员,c-FLIP,BAR和ARC;所有IAP家族成员都具有70个氨基酸残基组成的BIR结构域,对抑制凋亡是必需的。
IAP家族成员的抗凋亡作用也能被特异的抑制因子解除,当凋亡程序启动后,有两种蛋白Smac/DIABLO和Omi/HtrA2与CytC一起从线粒体中释放,两种蛋白含有IAP结合基序,与IAP结合并释放出被IAP封闭的Caspase。