《细胞生物学》130细胞衰老与凋亡.ppt

细胞衰老与凋亡,第十三章,第十三章 细胞衰老与凋亡,第一节,细胞衰老,第十三章 细胞衰老与凋亡,一 衰老与寿限,哺乳动物寿命一般为其生长期的57倍。,人的生长期以最后一颗牙齿长出来的时间来计算，2025年。,请计算人类的寿命应该是什么范围？,第十三章 细胞衰老与凋亡,为什么目前人类的寿命不到120岁？,第十三章 细胞衰老与凋亡,指生物发育成熟后，在正常情况下随着年龄的增加，机能减退，内环境稳定性下降，结构中心组分退行性变化，趋向死亡的不可逆的现象。,生物衰老,aging,1 Hayflick界限,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节 细胞衰老,1961,Leonard Hayflick,Hayflick limitation,?,实验设计,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节 细胞衰老,人类成纤维细胞体外培养传代次数,Werner综合征：一种早衰症,Hayflick界限,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节 细胞衰老,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节 细胞衰老,寿命最大跨度,培养细胞分裂最高次数,物种的寿命与体外培养细胞传代次数的关系,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节 细胞衰老,2 细胞衰老与寿限,cell agingcell senescence,replicative senescence,培养的正常细胞经过有限次数的分裂后，停止分裂，细胞形态和生理代谢活动发生显著改变的现象,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节 细胞衰老,成年小鼠各类细胞的寿命,二 细胞衰老的特征,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节细胞衰老,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节 细胞衰老,三、细胞衰老的机理,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节细胞衰老,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节 细胞衰老,细胞有限分裂学说,氧化损伤学说,（个体）衰老基因学说,DNA复制一次，端粒就缩短一段，当缩短到Hayflick点时，细胞停止复制，走向衰亡。,细胞有限分裂学说,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节细胞衰老,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节 细胞衰老,第十三章 细胞衰老与凋亡,化学性质活泼，可攻击生物体内的DNA、蛋白质和脂类等大分子物质，造成损伤。,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节细胞衰老,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节 细胞衰老,氧化损伤学说,生命活动代谢产生的活性氧成分造成的损伤积累引起细胞衰老。,H2O2,OH,O2,统计学资料表明，子女的寿命与双亲的寿命有关；各种动物都有相当恒定的平均寿命和最高寿命；,（个体）衰老基因学说,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节细胞衰老,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节 细胞衰老,成人早衰症病人平均39岁时出现衰老，47岁生命结束，婴幼儿早衰症小孩在1岁时出现明显的衰老，1218岁即过早夭折。,Caenrhabditis elegans平均寿命仅3.5天；该虫age-1 单基因突变，可提高平均寿命65%，提高最大寿命110%；age-1突变型有较强的抗氧化酶活性，对过氧化氢、农药、紫外线和高温的耐受性均高于野生型。,衰老基因举例,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节细胞衰老,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节 细胞衰老,程序性细胞死亡,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节细胞凋亡,第十三章 细胞衰老与凋亡,第二节,programmed cell death，PCD,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节细胞凋亡,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,由基因指导的细胞自我消亡方式。,一、程序性细胞死亡,程序性细胞死亡,最初在发育生物学中指个体发育过程中预设的某些细胞的大量死亡，现在发现动物、植物、酵母、细菌等广泛存在。,雌雄同体的有959个体细胞，约2000个生殖细胞。雄虫1031个体细胞和约1000个生殖细胞。,Caenorhabditis elegans,秀丽杆线虫,神经系统由302个细胞组成。这些细胞来自于407个前体细胞。这些前体细胞中有105个发生了程序死亡。,秀丽杆线虫程序性细胞死亡途径及相关基因,2002年诺贝尔诺贝尔生理学或医学奖,Sydney Brenner,H.Robert Horvitz,John E.Sulston,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,器官发育的遗传调控和细胞程序性死亡,英 悉尼 布雷诺尔,美 罗伯特 霍维茨,英 约翰 苏尔斯顿,二、细胞死亡的方式,细胞坏死,细胞凋亡,细胞自噬,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,目前认为多种细胞死亡的方式都是编程的，包括,以凋亡小体的方式进行的细胞死亡。,细胞凋亡,apoptosis,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,形态学概念,以出芽方式形成有膜凋亡小体；小体内可有完整细胞器,凋亡小体被邻近细胞吞噬消化,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,细胞凋亡生理学意义,形态建成,调控细胞数量,肿瘤监控,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,人类胚胎初期，在手指之间有蹼；在发育进展中，蹼由于细胞凋亡而消失，形成分离的手指结构。,蝌蚪变青蛙时，其尾部受甲状脉素控制而退化，通过细胞凋亡而消失。,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,脊椎动物发育，生成的神经细胞多于靶细胞分泌的能支持其生存的生存因子的数量，某些细胞得不到生存因子而凋亡，最终使得神经细胞的数目与靶细胞的数目成一定的比例。,细胞凋亡对发育中神经细胞数量的调节,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,细胞凋亡特点之一：DNA有控降解,正常DNA无降解，电泳带表现为一大分子片段,坏死细胞DNA随机断裂，电泳带为从大到小连续分布的弥散条带,凋亡细胞核酸内切酶激活，特异地在染色体上核小体连接区把DNA链切断，使DNA降解成核小体DNA长度的整数倍，电泳带为阶梯状,诱导细胞凋亡的因子,物理,生物、化学,考研进一步学习,自杀性蛋白酶caspase,概念,作用机制,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,细胞凋亡与细胞坏死,细胞坏死,细胞凋亡,细胞接受指令的主动死亡，“安乐死”,病理产生的被动死亡,质膜透性增高，致细胞膨胀，细胞器变形或肿大，细胞破裂,死亡原因,死亡过程,炎症反应,无膨胀、破裂，收缩、割裂成膜性小泡,释放内含物，引起炎症反应,不引起炎症反应,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,研究表明与细胞增殖有关的原癌基因和抑癌基都参于对细胞凋亡的凋控。其中研究较多的有bcl-2、c-myc、p53、Ice、Fas/APO-1等。,细胞凋亡相关基因理解举例,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,c-myc对增殖和凋亡的调节是一样的。作为转录凋控因子，一方面激活那些控制细胞增殖的基因，另一方面也激活促进细胞凋亡的基因，给细胞两种选择：增殖或凋亡。当生长因子存在，bcl-2基因表达时，促进细胞增殖，反之细胞凋亡。,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,myc,复 习,1 Hayflick界限。2 细胞衰老机制：自由基理论，端粒与衰老，细胞的程序死亡。3 细胞凋亡与编程性死亡：概念，机制。4 cell aging,Hayflick Limitation,telomere,apoptosis,programmed cell death5 思考：对生物寿命的看法，并提出理由。,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,THANK YOU！,THE END,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,A DNA 复制与转录受抑制，个别基因异常激活，端粒DNA丢失，mtDNA缺失。DNA氧化、断裂、缺失和交联，甲基化程度降低。,生化及分子水平的变化,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节细胞衰老,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节 细胞衰老,细胞衰老,B RNA 含量降低。C 蛋白质 含成下降，发生糖基化、氨甲酰化、脱氨基等修饰反应，稳定性、抗原性，可消化性下降，自由基使蛋白质肽断裂，交联而变性。氨基酸由左旋变为右旋。,第十三章 细胞衰老与凋亡,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节 细胞衰老,D 酶分子 活性中心被氧化，金属离子Ca2+、Zn2+、Mg2+、Fe2+等丢失，酶分子的二级结构，溶解度，等电点发生改变，酶失活。E 脂类 不饱和脂肪酸被氧化，引起膜脂之间或与脂蛋白之间交联，膜的流动性降低。,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节细胞衰老,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节 细胞衰老,正常细胞内存在清除自由基的防御系统，包括酶系统和非酶系统。酶 系 统 超氧化物歧化酶，过氧化氢酶，谷胱甘肽过氧化物酶；非酶系统 维生素E，醌类物质等电子受体。,第十三章 细胞衰老与凋亡 第一节 细胞衰老,活性氧清除体系,细胞凋亡抑制基因，名称来源于B细胞淋巴瘤/白血病-2(B-cell lymphoma/Leukemia-2，bcl-2)，最早由Tsujimoto（1985）从伴有14、18染色体易位的淋巴瘤细胞中发现，在正常人体内位于18号染色体，在患者易位于14号染色体。bcl-2能够编码 bcl-2（26KD）和 bcl-2（22KD）两种蛋白质，是膜的整合蛋白，主要存在于线粒体外膜、核膜及部分内质网中。bcl-2蛋白在正常组织自身稳定方面起重要作用，多出现在寿命长的细胞群里。bcl-2的功能相当于线虫中的ced9，bc1-2家族包括bcl-2、bax、bad、bcl-x等。bcl-2家族的成员通常以二聚体的形式发挥作用，bcl-2/bcl-2，bcl-2/bax和bcl-2/bcl-xL抑制细胞凋亡，而bax/bax，bax/bad和bcl-2/bax-xs促进细胞凋亡。,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,细胞凋亡相关基因,bcl-2,fas又称作APO-1，属TNF受体和NGF受体家族。1993年人白细胞分型国际会议统一命名为CD95。fas基因编码产物为分子量45KD的跨膜蛋白。Fas蛋白与Fas配体组成Fas系统，二者的结合导致靶细胞走向凋亡。,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,fas,ICE蛋白酶参与Fas和TNFR1诱导的细胞凋亡，ICE与线虫细胞凋亡基因ced-3同源，迄今已发现了11个同源基因，1996年后统称为Caspase，能选择性地切割蛋白质使其失活或激活。ced-4在哺乳动物中的同源体为Apaf-1(apoptotic protease activating factor-1)，Apaf-1具有激活Caspase3(CPP32)的作用，这一过程需要细胞色素c(Apaf-2)和Apaf-3的参与。,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,ICE蛋白酶家族,是一种抑癌基因，其生物学功能是在G期监视DNA的完整性。如有损伤，则抑制细胞增殖。直到DNA修复完成。如果DNA不能被修复，则诱导其调亡。,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,p53,Fas诱导的细胞凋亡,Fas具有一个称为死亡结构域（Death domain，DD）的胞内区，Fas与配体（如TNF）结合发生三聚化，使胞内的DD区与接头蛋白FADD的DD区结合。FADD的N端DED区（death effector domain）就能与Caspase-8前体蛋白和CAP3（cytotoxicity-dependent APO-1-asocited proteins）结合。激活Caspase-8。,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,Caspase-8前体蛋白通过自身剪切转变成活性形式，然后激活Caspase-3，Caspase-7，接着Caspase-3激活Caspase-6。Caspase-3，Caspase-6参与核的凋亡。在小鼠和人体内发现了一种称为CAD（caspase-activated Dnase）的蛋白，CAD存在于胞质中，并且与调节蛋白结合，使CAD不能进入细胞核降解DNA。Caspase可以降解CAD的调节蛋白ICAD/DFF-45，释放出CAD，使它能够进入细胞核降解DNA。这几种Caspase同时降解多种胞内蛋白，包括：结构蛋白、信号蛋白、转录调控蛋白、周期蛋白等等。,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,线粒体在CD95诱导的凋亡中起重要作用。首先在凋亡细胞中，Caspase引起线粒体PT（Permeability transition）孔的打开，导致线粒体的跨膜电位下降，同时细胞色素C被释放到胞质中、细胞色素C在胞质中可以激活Caspase-9，后者再激活Caspase-3。凋亡抑制蛋白家族的两个主要成员：Bcl-2，Bcl-xl都作用于线粒体从而抑制凋亡。,第十三章 细胞衰老与凋亡 第二节 程序性细胞死亡,