细胞凋亡(Apoptosis)研究进展.ppt

《细胞凋亡(Apoptosis)研究进展.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《细胞凋亡(Apoptosis)研究进展.ppt（51页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、 细胞凋亡细胞凋亡(Apoptosis)(Apoptosis)研究进展研究进展 问题的提出：细胞凋亡是一种普遍存在的生物学过程 它与细胞增殖、细胞分化都是最重要的生命现象，正是由于细胞增殖、细胞分化、细胞调亡的相互联系、相互制约的关系，才保证了生物体的正常发育。细胞凋亡在多细胞生物的生长发育以及维持正常的体内协调和平衡中起着十分重要的作用 正常凋亡过程受阻或某种原因所致不正常的细胞凋亡，都会使有机体出现病症，因此，对细胞凋亡的研究有助于某些疾病的阐明与治疗。细胞凋亡的研究是近年来生命科学中发展起来的热点课题。概念：关于细胞增殖能力和寿命是有限的观点。细胞，至少是培养的二倍体细胞，不是不死的，而

2、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 癌细胞或培养的细胞系是不正常细胞，其染色体数目或形态 已经不同于原先的细胞 细胞的增殖能力与供体年龄有关 物种寿命与培养细胞寿命之间存在着一定的关系二倍体细胞的凋亡是由细胞本身决定的 决定细胞凋亡的因素在细胞内部，而不是外部的环境 是细胞核而不是细胞质决定了细胞凋亡细胞来源人胚肺成纤维细胞中年人成纤维细胞老年人成纤维细胞可增殖代数 40-60 20 2-4不同年龄来源的人成纤维细胞的增殖代数细胞最高分裂次数龟 90125人 4060 鸡 1535小鼠 1428脊椎动物的神经系统的发育 细胞凋亡细胞凋亡

3、(Apoptosis)研究进展研究进展概述概述细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡的形态学和生物化学特征细胞凋亡的形态学和生物化学特征细胞凋亡的分子调控机理细胞凋亡的分子调控机理细胞凋亡与疾病及其治疗细胞凋亡与疾病及其治疗 现代生命科学的发展动态现代生命科学的发展动态 细胞生物学与分子生物学(包括分子遗传学与生物化学)相互渗透与交融是总的发展趋势概概 述述 生命科学的研究从宏观上可以分为三个层次：核心层次（包括分子生物学和细胞生物学学科）、个体生物学层次（对多个物种及种群的结构及功能研究）、生物圈层次。无论是对细胞结构和功能的深入研究，还是对细胞重大生命活动规律的探

4、索，都需要用分子生物学的新概念与新方法，在分子水平上进行研究，换句话说，细胞分子生物学或分子细胞生物学将是今后相当一段时间的主流。（细胞凋亡研究所处的地位）对细胞生命活动的研究成为当今生命科学发展的瓶颈对细胞生命活动的研究成为当今生命科学发展的瓶颈细胞生命活动突变体分析突变体分析蛋白修饰分析基因表达多肽定性分析生物信息学序列测定双向电泳分析DNA分离与克隆机器人技术 (robotics)功能基因组学蛋白质分离与制备 蛋白质组学重点研究领域重点研究领域 染色体DNA与蛋白质相互作用关系 主要是非组蛋白对基因组的作用 细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控 细胞增殖、分化、凋亡与衰老是细胞最重要的

5、生命活动现象，它们既相互联系又相互制约并受到一系列基因的调控。一切动植物的生长发育都是依靠细胞增殖、分化与凋亡来实现的。细胞信号转导的研究 包括细胞间信号传递、受体与信号跨膜传导、细胞内信号传递途径 细胞结构体系的组装 生物大分子如何逐级装配并最终形成生物赖以进行生命活动的细胞结构体系的问题 美国科学情报研究所（ISI）1997年SCI（Science Citation Index）收录及引用论文检索，全世界自然科学研究中论文发表最集中的三个领域分别是：细胞信号转导细胞信号转导（signal transduction）；细胞凋亡细胞凋亡（cell apoptosis）；基因组与后基因组学研究基

6、因组与后基因组学研究（genome and post-genomic analysis）。美国国立卫生研究院（NIH）在1988年底发表的一份题为什麽是当今科研领域的热门话题？（“What is popular in research today？”）的调查报告中指出，目前全球研究最热门的是三种疾病三种疾病：癌症（cancer）心血管病（cardiovascular diseases）爱滋病和肝炎等传染病 （infectious diseases：AIDS，hepatitis）五大研究方向五大研究方向：细胞周期调控（cell cycle control）；细胞凋亡（cell apoptosis

7、）；细胞衰老（cellular senescence）；信号转导（signal transduction）；DNA的损伤与修复（DNA damage and repair）细胞凋亡现象最早是1965年Kerr在大鼠肝细胞中发现的，当时他称这种现象为“皱缩型坏死”。1972年，Kerr,Wylle和Curry在许多正常组织中观察到一种与经典的细胞坏死形态特征不同的现象：细胞收缩、细胞碎片、散在不完整细胞等，据此，他们首次提出apoptosis一词。国内常译为细胞凋亡、细胞凋落、细胞凋谢、细胞衰亡等，多数学者倾向于细胞凋亡。强调这一过程是一种自然的生理学过程。近10年来对细胞凋亡的研究日渐重视，现

8、代研究结果表明：细胞凋亡不仅是认识细胞死亡过程的基础，而且对胚胎发育、造血、免疫、乃至肿瘤都有极为重要的作用。细胞凋亡的提出细胞凋亡研究的模式生物Caenorhabditis elegansDrosophila melanogasterArabidopsis thaliana一、一、细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡的概念及其生物学意义概念：细胞凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程，受到严格的由遗传机制决定的程序性控制，所以也常常被称为细胞编程死亡（programmed cell death,PCD）。生物学意义：细胞凋亡对于多细胞生物个体发育的正常进行，自稳平衡的 保持以及抵御外

9、界各种因素的干扰方面都起着非常关键的作用（）：1 有利于清除多余细胞 胚胎发育的某个阶段，特定区域的多余细胞发生凋 亡，利于器官的形态形成。如指和趾的形成。2 有利于清除无用细胞 形态发生时，一些遗迹随发育而凋亡。如人胚的 尾芽和鳃的定期消亡、蝌蚪退尾、人体性别的分化。3 有利于清除发育不正常的细胞 4 有利于清除有害细胞 作为自身的一种保护机制5 有利于清除完成正常使命的衰老细胞 如人红细胞、动物表皮细 胞、胃肠道细胞6 维持器官、组织细胞数目相对平衡 细胞凋亡和细胞增殖是一个相 反的过程，细胞增殖低下和/或凋亡过盛，引起器官萎缩，肿瘤发生既 与细胞增殖过度有关，又与细胞凋亡不足有关。（）二

10、、细胞凋亡的形态学和生物化学特征二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征细胞凋亡与坏死(necrosis)细胞凋亡的形态学特征细胞凋亡的生化特征诱导细胞凋亡的因子细胞凋亡的检测二者的主要区别 细胞凋亡过程中，细胞质膜反折，包裹断裂的染色质片段或细胞器，然后逐渐分离，形成众多的凋亡小体（apoptotic bodies），凋亡小体则为邻近的细胞所吞噬。整个过程中，细胞质膜的整合性保持良好，死亡细胞的内容物不会逸散到胞外环境中去，因而不引发炎症反应。相反，在细胞坏死时，细胞质膜发生渗漏，细胞内容物，包括膨大和破碎的细胞器以及染色质片段，释放到胞外，导致炎症反应（）细胞凋亡 是细胞内死亡程序活化而致的细胞

11、自杀，是由凋亡相关基因调节控制的，故亦称编程性细胞死亡。细胞坏死 指各种致病因子干扰和中断了细胞正常代谢活动而造成的细胞意外死亡。细胞凋亡与细胞坏死的主要区别特征 细胞凋亡 细胞坏死 细胞核 染色质边缘化 核浓缩 核凝集断裂 核破碎 凋亡小体 核溶解 细胞质 浓缩、胞质气泡 显著膨胀 细胞器结构保留 细胞器破坏 细胞膜 完整 破裂 DNA电泳 阶梯状条带 弥散分布条带 合成代谢 新RNA蛋白质合成 合成代谢终止 炎症反应 无 有 基因调节 由凋亡相关基因调控 与基因调控无关 发生条件 多为生理性 只为病理性（）凋亡的起始：细胞表面的特化结构如微绒毛消失，细胞间接触的消失，但细胞膜依然完整；线粒

12、体大体完整，但核糖体逐渐从内质网上脱离，内质网囊腔膨胀，并逐渐与质膜融合；染色质固缩，形成新月形帽状结构等形态，沿着核膜分布 凋亡小体的形成：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，为反折的细胞质膜所包围。细胞表面产生了许多泡状或芽状突起，逐渐形成单个的凋亡小体 凋亡小体逐渐为邻近的细胞吞噬并消化（）细胞凋亡的发生过程，在形态学上可分为三个阶段：在光镜下表现为：细胞凝缩，染色质致密、边缘化、核凝集，染色体断裂形成核碎片。细胞质气泡化，凋亡小体形成并从胞体脱落，被周边细胞吞噬。在电镜下表现为：细胞核：早期缩小，电子密度增高，核膜皱缩，染色体密集于核膜下，分布不均匀；中期核高

13、度凝集致密化；晚期核膜消失，染色体断裂，核被分裂成碎片。核碎片在细胞质中与细胞器等成分一起被细胞膜包裹成圆形的凋亡小体。细胞质：密度增高，细胞骨架被破坏；内质网扩大为泡状。细胞膜：微绒毛丧失，但膜完整性始终保持。（）凋亡细胞的组织转谷氨酰胺酶（tissue Transglutaminase，tTG）积累并达到较高水平细胞凋亡的主要特征是形成大小为 180 200bp特征性的DNA ladders将凋亡细胞的基因组DNA进行琼脂糖凝胶电泳，可以发现其DNA片段呈间隔180200bp的阶梯状电泳条带，而未凋亡的DNA无降解，电泳条带表现为一大分子片段tTG是依赖于钙离子的酶，在正常细胞中，由于Ca

14、+浓度较低，tTG的活性较低，当凋亡起始时，Ca+浓度上升，从而使tTG活化。其作用是保持凋亡小体的完整性，防止有害物质的逸出。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，DNA 和蛋白质合成的抑制剂，激素，细胞生长因子，肿 瘤坏死因子（TNF）等形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察DNA电泳：DNA片段呈现出梯状条带DNA断裂的原位末端标记法（TUNEL测定法）：凋亡细胞DNA降解产生缺口和末端，故可用原位缺口翻译或末端标记法显示凋亡细胞。彗星电泳法（comet assay）流式细胞分析 根据凋亡细胞DNA断裂和丢失，采用

15、碘化丙啶使DNA 产生激发荧光，用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细 胞，同时又能观察细胞的周期状态。对细胞凋亡的检测是基于凋亡细胞的形态学和生物化学特征1 ced基因 在一种无脊椎动物线虫中发现的一组基因，共14个，其中ced-3,ced-4,ced-9研究的较为清楚。Ced-3编码530个氨基酸，其中有100个氨基酸为丝氨酸富含区。2 ICE基因 是哺乳动物中克隆出的ced-3的同源基因，为白细胞介素1转化酶（inter-leukin-1 converting enzyme）。是一种底物特异性半胱氨酸蛋白酶（cystein aspartic acic specific protease,cas

16、pase家族)，这个家族的共同点是特异的断开天冬氨酸后的肽键.3 bcl-2 从人的滤泡性B细胞淋巴瘤中分离出的与ced-9同源的抑制细胞凋亡的一组基因，位于人第9号染色体上。4 rpr基因 从果蝇中分离出的诱导细胞凋亡的基因，有65个氨基酸组成。5 c-myc基因 是一多功能的原癌基因，存在于核仁中，可抑制凋亡。6 p53基因 肿瘤抑制基因，促进细胞凋亡可能是肿瘤生长抑制的主要原因。另外Fas/APO-1,ras,TNF,TGF-1,RP-2,RP-8,PD-1都是已报道的与细胞凋亡有关的基因。目前发现的调控细胞凋亡的相关基因三、细胞凋亡的分子调控机理细胞凋亡的分子调控机理线虫(C.elegans)是研究细胞凋亡的理想材料，可以直接观察不同发育时期某些细胞群的定期死亡，现以发现10几种与细胞凋亡有关的基因。研究发现ced3,ced4基因促进细胞凋亡，ced9基因阻止ced3/ced4的激活，抑制细胞凋亡。（）Ced3哺乳类同源物是ICE(Interleukin-1-converting enzyme)，即Caspase1Caspase家族与凋亡Bcl-2家族、线粒体与细胞凋亡（）线虫