1、史 娟医科院基础(jch)所 新科研楼607E-mail:,细胞(xbo)凋亡和细胞(xbo)自噬,第一页，共一百四十一页。,第二页，共一百四十一页。,Outline,1.History of apoptosis research2.Characterization of apoptosis3.Physiological Significances4.Apoptosis Signaling Pathways5.Regulation of Apoptosis6.Apoptosis and Autophagy,第三页，共一百四十一页。,第一节 凋亡(dio wn)的研究历史,1842 Carl V
2、oget Initial observation that cell death in part of normal development1972 Kerr,Wyllie and Currie-introduced term apoptosis to describe cell death with a set of common morphological features-Cell deletion was controlled under physiological conditions in adults-Deregulation could lead to many disease
3、s-Morphologically identical to developmental CD and distinct from accidental cell death,第四页，共一百四十一页。,1980 Wyllie Biochemical changes in apoptotic morphology:-DNA fragmentation-Requires expression of death genes1988 Bcl-2 was found to be anti-apoptotic1991 ced genes were identified in C.elegan1992 Fa
4、s/APO-1/CD95 was identified1993 A role of p53 in regulation of apoptosis was described Fas ligand was identified ICE was found to be homolog of ced-3 in mammalian IAPs were identified1994 The role of mitochondria during apoptosis1996 The role of caspases during apoptosis Release of cytochrome c from
5、 mitochondria during apoptosis was discovered1997 Apafs were identified,第五页，共一百四十一页。,Nobel Prize 2002 in Physiology and Medicine,Sydney Brenner John E.Sulston Robert H.Horvitz,for their discoveries concerninggenetic regulation of organ development and programmed cell death,第六页，共一百四十一页。,“Genetic cont
6、rol of programmed cell death in the nematode Caenorhabditis elegans”,“You can observe a lot by watching.”Y.Berra,第七页，共一百四十一页。,第二节 凋亡细胞(xbo)的特征,第八页，共一百四十一页。,凋亡(apoptosis)的形态学特征为染色质凝集、边缘化，细胞皱缩，细胞膜内侧的磷脂酰丝氨酸外翻，细胞出泡形成凋亡小体。细胞凋亡受到一系列相关(xinggun)基因的严格调控。程序性细胞死亡（programmed cell death，PCD），即是指细胞在一定的生理或病理条件下，遵循
7、自身的程序，主动结束其生命的过程，这种死亡由基因决定的。大多数程序性细胞死亡，呈现细胞凋亡的形态学特征。,第九页，共一百四十一页。,Necrosis,Apoptosis,第十页，共一百四十一页。,细胞凋亡与细胞坏死在形态(xngti)上的主要区别,细胞凋亡(dio wn)细胞坏死,发生条件 多为生理性 病理性（偶然刺激）单个细胞丢失 成群细胞死亡细胞膜 发泡，完整 破裂，不完整细胞器 结构保留 破坏细胞核 核凝集断裂 核破碎溶解 染色质均一浓缩细胞 皱缩形成凋亡小体 细胞膨胀而溶解 被邻近正常和巨噬细胞吞噬 残余碎片被巨噬细胞吞噬炎症反应(fnyng)无，不释放内容物 有，释放内容物,第十一页
8、，共一百四十一页。,细胞凋亡(dio wn)与细胞坏死在生物化学方面的主要区别,细胞凋亡(dio wn)细胞坏死,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 病理性（偶然刺激(cj)）能量 需要能量 不需要能量新的基因转录 有 无大分子合成 需要 不需要Caspase 依赖性 不依赖DNA 降解为180-200bp DNA随机性降解成为任意 的整数倍的DNA Ladder 长度的片段细胞膜 磷脂酰丝氨酸外翻,第十二页，共一百四十一页。,Morphology of Apoptotic Cell,第十三页，共一百四十一页。,Apoptosis,Necrosis,Apoptos
9、is VS.Necrosis,第十四页，共一百四十一页。,第十五页，共一百四十一页。,第三节 细胞(xbo)凋亡的生理学 病理学意义,第十六页，共一百四十一页。,保证个体正常发育：蝌蚪(kdu)成蛙、昆虫蜕变、淋巴细胞阳性和阴性选择、表皮和指（趾）甲的形成等。维持内环境稳定：清除衰老细胞、DNA损伤的细胞等。如果机体对受损、突变或者衰老的细胞不能及时清除话，就会干扰内环境稳定。防御功能：清除被病原体感染的细胞等。,生理学意义(yy),第十七页，共一百四十一页。,保证个体正常发育(fy)：蝌蚪成蛙、昆虫蜕变、淋巴细胞阳性和阴性选择、表皮和指（趾）甲的形成等。,第十八页，共一百四十一页。,Scul
10、pting the digits in the developing mouse paw by apoptosis.,Tissue remodeling.,第十九页，共一百四十一页。,脊椎动物的神经系统(shnjngxtng)的发育,第二十页，共一百四十一页。,CTL杀伤(shshng)靶细胞。,第二十一页，共一百四十一页。,免疫(miny)细胞凋亡,细胞(xbo)凋亡:95%的细胞凋亡 胸腺细胞成熟过程中的凋亡 阳性选择 阴性选择激活诱导的细胞凋亡：（activation-induced cell death，AICD）CTL诱导靶细胞的凋亡：穿孔素介导的靶细胞凋亡 Fas介导的靶细胞凋亡,
11、第二十二页，共一百四十一页。,lymphoid progenitor(CLP)double negative(DN)double positive(DP),Apoptosis and survival during T lymphocyte development,第二十三页，共一百四十一页。,Apoptosis and survival during B lymphocyte development,第二十四页，共一百四十一页。,物理因素：X-射线、热休克等；化学因素：过氧化氢、乙醇、8氯腺苷、氨 甲蝶呤、苯丁酸氮芥、三尖杉酯碱等；生物因素：某些(mu xi)细胞因子表达水平变化、蛋白分 子
12、的激活、修饰、降解或构象改变、活性氧的产生等。,Apoptosis Inducers,第二十五页，共一百四十一页。,病原体侵染；诱导凋亡HIV抑制凋亡Poxvirus细胞凋亡不足肿瘤，自身免疫疾病(jbng)；细胞凋亡过度神经退行性疾病（AD，帕金森症）、心肌梗塞、再生障碍性贫血、骨组织坏死。,病理学意义(yy),第二十六页，共一百四十一页。,HIV infection causes apoptosis,第二十七页，共一百四十一页。,第四节 细胞(xbo)凋亡的信号传递,第二十八页，共一百四十一页。,细胞外部刺激信号介导的死亡受体信号传递途径(tjng)(extrinsic)细胞内部的信号传递
13、途径(intrinsic or mitochondrial),第二十九页，共一百四十一页。,连接分子（adaptor）：具有一些特殊的功能结构域，如 DD、DED、CARD等，同种结构域间具有相互(xingh)结合的倾向,第三十页，共一百四十一页。,The TNF and TNFR superfamilies,Aggarwal BB。Nat Rev Immunol.2003，3(9):745-56,第三十一页，共一百四十一页。,CRD：Cys-rich repeats extracellular DD：death domain cytoplasmic essential,第三十二页，共一百四十
14、一页。,第三十三页，共一百四十一页。,Structure of Death Receptors,胞外区结构相似，有多个(du)富含半胱氨酸保守序列；胞内区均有特殊死亡功能区（约90个氨基酸残基组成的基序,death domain,DD）；死亡功能区无任何酶活性，但可与具有相似死亡结构域的蛋白结合。,第三十四页，共一百四十一页。,Mechanisms of TRAIL Functioning,Two functional death receptors(DR4/DR5)Three decoy receptors(DcR1,DcR2&OPG)Homotrimer；Capase cascade,第三
15、十五页，共一百四十一页。,APP binds DR6 to trigger axon degenerationand neuron death via distinct caspases,Nikolaev A,et al.Nature.2009;457(7232):981-9.,第三十六页，共一百四十一页。,Caspase 1 ICECaspase 2 ICH-1/Nedd-2Caspase 3 CPP32/YamaCaspase 4 TX ICH-2 ICErel IICaspase 5 ICErel III TyCaspase 6 Mch-2Caspase 7 Mch-3Caspase 8
16、 MACH FLICE Mch-5Caspase 9 ICE/LAP6 Mch-6Caspase 10 Mch-4 FLICE-2Caspase 11 ICH3Caspase 12 ER apoptosis-specificCaspase 13 ERICECaspase 14 MICECaspase 15Caspase 16Caspase 17Caspase 18,Caspases:cysteine aspartic acid specific protease“C”=cysteine,“asp”=cleave after Asp;family of proteases with similar amino acid sequence,structure,substrate specificity,第三十七页，共一百四十一页。,根据Caspase 家族成员之间大小亚单位(dnwi)的同源性,可将他们分为3 组:炎症组（inflammatory mediators）:Caspase1,4,5,12,13,14 凋亡起始组（apoptotic initiators）：Caspase2,8,
