細胞程序性死亡與衰老詳解演示文稿

細胞程序性死亡與衰老詳解演示文稿當前1頁，總共40頁。優(yōu)選細胞程序性死亡與衰老當前2頁，總共40頁。一、人體細胞的動態(tài)分類更新組織：如上皮細胞、血細胞。構成更新組織的細胞可分為３類：①干細胞、②過渡細胞、③成熟細胞。穩(wěn)定組織：可補償性增生，如：肝、腎細胞。恒久組織：細胞不再分裂，如神經細胞?？珊谋M組織：如人類的卵巢實質細胞。當前3頁，總共40頁。二、細胞衰老的特征

（一）形態(tài)變化當前4頁，總共40頁。（二）分子水平的變化1.

DNA：復制與轉錄受阻，端粒DNA、mtDNA缺失。DNA氧化、斷裂、缺失和交聯(lián)，甲基化程度降低。2.

RNA：含量減少。3.

蛋白質：含成下降，發(fā)生修飾、交聯(lián)。4.

酶分子：物理與化學特征改變，酶失活。5.

脂類：不飽和脂肪酸被氧化。當前5頁，總共40頁。三、細胞衰老的分子機理1.代謝廢物積累：如：脂褐質，老年性癡呆（AD）腦細胞內的β-淀粉樣蛋白。2.線粒體DNA突變：線粒體自由基濃度高，mtDNA是裸露分子，容易發(fā)生突變。腦、心、骨骼肌的氧負荷最大，組織最易衰老。caloricrestriction能延長大鼠壽命50%-70%。當前6頁，總共40頁。ThinratburyfatratTheratsareboth1000daysold,veryoldforrats.Theoneontherightwascalorierestricted.Theoneontheleftisneardeathandshowstypicalsignsofoldagesimilartowhathappensinhumans.ImagecitedfromCliveMcCay1939.當前7頁，總共40頁。3．自由基學說（freeradicaltheories）自由基是含不成對電子的原子或基團，具有高度反應活性。包括：氧自由基（如·OH）、氫自由基（·H）、碳自由基、脂自由基等。自由基來源：外源性（如輻射）、內源性。內源性自由基產生于①由線粒體呼吸鏈電子泄漏產生；②由氧化酶（如MFO）催化底物羥化產生。當前8頁，總共40頁。自由基可引起DNA、蛋白質、脂類氧化、變性和交聯(lián)，實驗表明DNA中OH8dG隨著年齡而增加。正常細胞內存在清除自由基的防御系統(tǒng)。酶系統(tǒng)：SOD、CAT、GSH-PX。非酶系統(tǒng)：維生素E、醌類電子受體Orr和Sohal（1994），將SOD基因導入果蠅，其壽命比野生型延長1/3。當前9頁，總共40頁。4．程序性衰老（programmedsenescence）生物的生長、發(fā)育、衰老和死亡都由基因程序控制的，衰老是某些基因依次開啟或關閉的結果。例1.在小鼠肝中，胚胎早期表達的胞質丙氨酸轉氨酶（cAAT）為A型，隨后停止表達，衰老時則表達B型cAAT例2.肝臟中的衰老標志蛋白2在老年期表達。當前10頁，總共40頁。5．復制性衰老（replicativesenescence）細胞的增殖次數是有限的，稱“Hayflick”極限。如人胚成纖維細胞可培養(yǎng)60-70代。DNA每復制一次端粒就縮短一段，到一定程度時，則激活DNA損傷檢驗，細胞凋亡。人的成纖維細胞端粒每年縮短14-18bp。端粒酶可修復端粒，此酶僅在干細胞中表達。當前11頁，總共40頁。6.衰老基因學說子女的壽命與雙親的壽命有關；動物都有相當恒定的平均和最高壽命；成人早衰癥：約39歲衰老，47歲生命結束；嬰幼兒早衰癥：1歲衰老，12~18歲生命結束；早衰癥患者體內解旋酶發(fā)生突變。衰老時，衰老相關基因（SAG）活躍表達，如senescentcellderivedinhibitionofDNAsynthesis。當前12頁，總共40頁。Werner'ssyndromeA37yearsoldpatient，AdoueDFP1997當前13頁，總共40頁。Hutchinson-Gilfordsyndrome當前14頁，總共40頁。第二節(jié)細胞壞死與凋亡細胞死亡并非與機體死亡同步。正常的組織中也發(fā)生細胞死亡，它是維持組織機能和形態(tài)所必需的。當前15頁，總共40頁。一、細胞死亡的方式（一）細胞壞死細胞受到環(huán)境因素傷害，引起細胞死亡的現象。形態(tài)變化的原因：酶性消化、蛋白變性。如消化酶來源于死亡細胞本身的溶酶體，則稱為自溶（autolysis）；若來源于浸潤壞死組織內白細胞溶酶體，則為異溶（heterolysis）。當前16頁，總共40頁。細胞壞死初期，胞質內線粒體和內質網腫脹、崩解，結構脂滴游離、空泡化，蛋白質顆粒增多，核發(fā)生固縮或斷裂。隨壞死進程，細胞質呈強嗜酸性，蘇木精/伊紅染色呈均一紅色。細胞膜不完整，臺盼藍染色陽性(活細胞不著色)。DNA隨機降解，細胞內容物流出，引起炎癥。當前17頁，總共40頁。（二）細胞凋亡①細胞通過出芽的方式形成許多凋亡小體；②凋亡小體內有結構完整的細胞器；③不引起炎癥；④線粒體無明顯形態(tài)變化，溶酶體活性不增加；⑤內切酶活化，DNA有控降解，凝膠電泳圖呈梯狀；⑥凋亡通常是生理性變化，壞死是病理性變化。當前18頁，總共40頁。當前19頁，總共40頁。胸腺細胞正常凋亡當前20頁，總共40頁。胸腺細胞正常凋亡當前21頁，總共40頁。當前22頁，總共40頁。（三）細胞程序性死亡細胞程序性死亡（PCD）是一種基因指導的細胞自我消亡方式。PCD和細胞凋亡的區(qū)別在以下方面：PCD是功能性概念，凋亡是形態(tài)學概念。PCD存在于胚胎發(fā)育過程中。當前23頁，總共40頁。C.elegans是研究PCD的理想材料（生命周期短，細胞數量少）。當前24頁，總共40頁。C.elegans雄蟲有1031個體細胞、約1000個生殖細胞。神經系統(tǒng)由302個細胞組成，來自于407個前體細胞，105個細胞發(fā)生了PCD?？刂凭€蟲PCD的基因有：Ced-3、Ced-4和Ced-9。Ced-3和Ced-4誘發(fā)凋亡；Ced-9抑制Ced-3、Ced-4的作用。當前25頁，總共40頁。2002年10月7日英國人Sydney、美國人Horvitz和英國人Sulston，因在PCD方面的研究獲諾貝爾諾貝爾生理與醫(yī)學獎。H.RobertHorvitzJohnE.SulstonSydneyBrenner當前26頁，總共40頁。二、細胞凋亡的生理和病理學意義（一）生理學意義1.生長發(fā)育：組織與器官的塑造（趾的分化）；動物變態(tài)；皮膚角質形成；2.免疫細胞分化：克隆選擇；3.防御：清除衰老細胞、DNA損傷的細胞、和被病原體感染的細胞。當前27頁，總共40頁。Sculptingthedigitsinthedevelopingmousepawbyapoptosis（Wood2000）當前28頁，總共40頁。（二）病理學意義1.病原體侵染；誘導凋亡——HIV抑制凋亡——Poxvirus2.細胞凋亡不足腫瘤，自身免疫疾??；3.細胞凋亡過度神經退行性疾病（AD，帕金森癥）、心肌梗塞、再生障礙性貧血、骨組織壞死。當前29頁，總共40頁。三、細胞凋亡的檢測方法1.形態(tài)學，電鏡，光鏡；2.DNA凝膠電泳——ladder；3.流式細胞計；4.核酸內切酶活力檢測；5.免疫學方法；6.AnnexinV檢測細胞膜外表面PS；7.TUNEL技術。當前30頁，總共40頁。8.常用檢測細胞凋亡的染料：二乙酸熒光素（FDA），綠色熒光，活細胞染色。Hoechst33342或33258，DAPI，吖啶橙（AO），半通透，凋亡和固定后的細胞熒光較強。溴化乙啶（EB）、碘化丙啶（PI）、放線菌素D（7-AAD），不通透，正常和凋亡細胞拒染。可用不同性質的染料對凋亡細胞進行雙染色。當前31頁，總共40頁。Humanembryoatday4morulacontaining23nucleilabelledwithDAPI(blue),includingsevenTUNEL-labelledcondensednuclei(pink,arrow)thatwereexcludedfromdevelopment(KateHardy1999).當前32頁，總共40頁。第三節(jié)細胞凋亡的分子機理當前33頁，總共40頁。一、凋亡相關的基因和蛋白與細胞增殖有關的原癌基因和抑癌基都參于對細胞凋亡的凋控。研究較多的有ICE、Apaf-1、Bcl-2、Fas/APO-1、c-myc、p53、ATM等。當前34頁，總共40頁。1．Caspase家族相當于線蟲的ced-3，是引起凋亡的關鍵酶。特點：①酶活性依賴于cys殘基的親核性；②總是在asp之后切斷底物，故名caspase（cysteineaspartate-specificprotease）。③亞基由同一基因編碼，前體被切割后產生兩個活性亞基，組成的異四聚體。當前35頁，總共40頁。Caspaseclassification（Zimmermann2001）ExecutioneroreffectorAutocatalyticinitiator當前36頁，總共40頁。2．Apaf-1凋亡酶激活因子-1（apoptoticproteaseactivatingfactor-1），線蟲的同源物為ced-4。作用：參與線粒體凋亡途徑，該基因敲除后，小鼠神經細胞過多，腦畸形發(fā)育。Apaf-1與cytc、ATP/dATP結合后，召集caspase-9，形成凋亡體（apoptosome），激活caspase-3，啟動caspase級聯(lián)反應。當前37頁，總共40頁。3.bcl-2基因家族含有1-4個Bcl-2同源結構域（BH1-4）。分兩類：抗凋亡基因，如：Bcl-2；促凋亡基因，如：Bax。促凋亡蛋白能引起線粒體外膜通透性改變，導致cytc釋放，引起凋亡。bcl-2相當于線蟲