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1、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。,2,3,请注意观察老人的外部形态有哪些特征?,4,100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.,5,Hayflick界限,1961年，Hayflick 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
2、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。,6,体外培养的年轻和老的人成纤维细胞的显微形态,7,物种的寿命与体外培养时细胞传代次数的关系,8,早老症儿童与正常儿童的比较,9,细胞衰老的特征,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,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数的增加不断增大 细胞核的核膜内折（invagination）、染色质固缩化,11,内质网的变化,衰老动物内质网成
3、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,12, 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,13,线粒体的变化,通常，细胞中线粒体的数量随龄减少，而其体积则随龄增大,14,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,13.2 细胞凋亡,16,(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PCD 2. 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,17,18,19,(二) 定义,Apoptosi
4、s(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。,(三)细胞凋亡与坏死的区别,22,23,24,25,26,27,1. 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,28,(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,29,
5、30,31,32,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,诱导期 执行期 消亡期,(五) 分期,apoptosis,(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,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,凋亡程序的执行者,40,2. 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,41,(二)主要信号传导通路,42,43, 1 .
6、 死亡受体通路 2 . 线粒体通路,44,45,46,47,2. 线粒体通路,48,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,apoptosis,49,50,51,52,凋亡复合体,53,3. 凋亡蛋白酶,Caspases: cysteine-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,54,55,(2) 结构特征,以无活性的形式存在。 在Pro-Caspases的N端均含有
7、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。,56,57,(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,58,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
8、，使蛋白失活，如Gelsolin,59,4. 内源性核酸内切酶与DNA片断化,60,CAD激活方式,61,DNA断裂与“梯状条带”(1),62,DNA断裂与“梯状条带”(2),63,典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳（呈现梯状条带）,64,(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-x,65,1. BcL-2家族分子,Bcl-2-B cell lymphoma/leukemia-2 * Bcl-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
9、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,66,(1) Bcl-2家族分子结构,67,68,(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，Bim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。,69,(3) BcL-2抗凋亡机制,直接的抗氧化 抑制线
10、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,70,2. 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。,71,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
11、，调控基因转录。在GF充足时主要激活介导细胞增殖的基因；反之激活凋亡基因。,4、C-myc基因,73,5、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。,74,6、其他基因,Jun、fos、myb、asy、Rb等基因都与细胞凋亡的发生有关,apoptosis,76,(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,77
12、,78,79,80,81,82,CTL,肿瘤细胞,CTL正在诱导肿瘤细胞凋亡,83,(二） 细胞凋亡与疾病发生的关系,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以导致疾病的发生。,85,86,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,87,1. What is the first protein recruited to the TNFR1 receptor following
13、binding of TNF alpha? A、FADD B、TRADD C、RIP D、TRAF-2 2. Which of the following is NOT a component of the apoptosome? A. Caspase-3 B. Cytochrome C C.ATP D. Apaf-1 3. 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 above 4. Which
14、 protein inhibits apoptosis? A. XIAP B. Bcl-2 C. hsp-72 D. All of the above 5. Which is the first protein recruited to the Fas-FasL complex? A. FADD B. TRADD C. TRAF-2 D. Caspase-8 6. Which inhibitory protein is bound to the TNF receptor prior to binding of TNF alpha? A. hsp-72 B. SODD C. IAP D. Sma
15、c / Diablo,88,7. Which bcl-2 protein is cleaved by caspase-8? A. Bad B. Bax C. Bid D.Bag 8. Which of the following is a death inducing ligand? A. CD95 B. TNF alpha C. TRAIL D. All of the above 9. Which enzyme is responsible for DNA cleavage during apoptosis? A. PARP B. CAD C. ICAD D. Granzyme B 10. Which of the following are capable of inducing apoptosis? A. Growth factor withdrawal B. Ionizing radiation C. Viral infection D. All of the above 11. What is PARP? A. A DNA repair enzyme B. A pro-caspase C. A bcl-2 protein D. An inhibitor of apoptosis 细胞凋亡和坏死的区别,