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1、胚胎发育与程序性细胞死亡,湘雅医学院组胚教研室张彬,第 八 章,蝌蚪尾的消失脊椎动物的神经系统的发育发育过程中手和足的成形过程,一、程序性细胞死亡PCD（programmed cell death）,又称细胞凋亡(apoptosis)（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。）,1、概念 一个固有的遗传程序即生物钟，在一个受控制的时间和空间内激活，从而导致细胞死亡。,2、简史,1885年，Flemming第一个描述有关细胞凋亡的 特征；（染色质浓缩形成半月形）1951年，Glucksmann提出胚胎发育中存在程序 性细胞死亡；1965年，John Kerr提出“固缩性坏死
2、”概念；1972年，Kerr，Wyllie，Currie提出“细胞凋亡”（apoptosis）的概念；,1986年，RobertHorvitz等发现线虫中ced3，4 是促凋亡基因。,1980年，Wyllie等发现细胞凋亡与内源性核酸内 切酶激活有关。“DNA ladder”是细胞 凋亡发生的标志；,Sydney Brenner H.Robert Horvitz John Sulston,THE 2002 NOBEL PRIZE WINNER,王晓东：最年轻美国科学院院士,从事的是细胞凋亡规律的研究。1996年，发现线粒体释放细胞色素C,引起细胞凋亡;2000年，发现线粒体释放Smac，可促细
3、胞凋亡.,Smac:Second mitochondria-derived activator of caspase,二、PCD/细胞凋亡的形态变化,(1)微绒毛、细胞 突起消失；出芽(budding),膜空泡化（blebbing),出芽(budding),(2)胞质浓缩；细胞器变化,(3)核浓缩；染色质边聚,(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,巨噬细胞吞噬凋亡小体,巨噬细胞,凋亡小体,PCD/细胞凋亡与坏死的区别,图82 细胞凋亡与细胞坏死的比较,表81 细胞凋亡与细胞坏死的比较,三、
4、胚胎发育中的程序性细胞死亡（PCD）（一）PCD参与了各器官的形态发生和发育。1、肢体的发生 2、中枢神经系统的发生、发育3、腭的发生 4、管（腔）道的形成5、晶状体的发育 6、心的发育7、生殖细胞的发生 8、免疫、造血系统的发生 9、无用结构的退化消失（前肾、中肾等）,（二）胚胎发育中PCD的意义1、系统匹配 淘汰没有作用或不再起作用的细胞，以确保有 功能细胞的营养和空间。2、雕刻躯体 从而形成正常、精细复杂的生物体。3、除去短暂结构：蝌蚪尾4、保护机体：如胸腺的发育,四、PCD/细胞凋亡的调节,（一）激素水平的调节甲状腺素、糖皮质激素等诱导PCD雌激素、卵泡刺激素、胰岛素等抑制PCD（二）
5、细胞因子调节主要是生长因子：NGF，FGF，TGF，G-CSF等缺乏导致PCD,（三）PCD相关基因的调节1、TNF死亡受体超家族（1）死亡受体结构包括胞内C-端、跨膜区及胞外N-端，胞外功能区内含数个半胱氨酸，胞内功能区由80个氨基酸构成的死亡结构域（DD）Fas(Apo-1,CD95):43kD DISC/死亡诱导信号复合物（Fas-FADD（Fas 相关死亡蛋白）-proCaspase-8）TNFR I：55-60kD，TNFR I-TRADD（TNFR相关死亡蛋白）-FADD-proCaspase-8,（2）含有死亡结构域的信号蛋白TRADD：34kD，与TNFR I，FADD结合FA
6、DD（MORT-1）：23kD，C-端含有一个DD(death domain)，可与Fas结合；N-端含有MORT结构域或死亡效应结构域（DED:death effector domain），可与proCaspase-8（FLICE）结合,2.凋亡蛋白酶,Caspase:cysteine-containing aspartate-specific protease（含半胱氨酸的天冬氨酸特异蛋白水解酶）,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,（2）Caspase 的分类及功能,Caspases 激活的瀑布学说(级联反应),(3)结构特征,以无活性的
7、 形式存在；,N端均含有一 段的前区域；,在大亚基的C端含有一活性中心，其中半胱氨酸是必需氨基酸。,活性形式由2个大亚 基和2个小亚基组成 的杂四聚体；,(4)Caspase的作用底物,凋亡蛋白酶激活的DNA酶抑制物(ICAD),CAD:Caspase Activated DNase由Caspase激活的核酸酶(具有内切酶活性),ICAD,CAD,DNA,Caspase,核纤层（lamina）蛋白,细胞核,lamina,染色体,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,3、凋亡蛋白酶活化因子-1（Apaf-1)130kD，N-端含有一半胱氨酸蛋白
8、酶募集域（CARD），C-端由12个WD-40重复片段组成。凋亡体/死亡复合体：Cytc-Apaf-1-dATP-proCaspase-94、线粒体膜间隙蛋白（线粒体释放的凋亡相关因子）细胞色素C，凋亡诱导因子，Apaf-1,Smac/DIABLO等,5、自由基活性氧自由基：诱导PCD的发生。活性氮自由基：NO高浓度促PCD，低浓度抑制PCD,6、P53基因,修复受损的DNA，如修复失败则通过细胞核途径诱导细胞凋亡。,（射线、毒素）,分子警察,P53的促凋亡机制：,（1）DNA结合蛋白，调控基因转录（细胞核途径）,（2）激活线粒体途径（3）诱导Fas增加（4）诱导溶酶体的不稳定性,7、BcL-
9、2家族,3个亚家族,BcL-2亚家族:起抗凋亡作用,Bax亚家族,BH3亚家族,起促凋亡作用,BH：BcL-2同源结构域,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。,Bcl-2（B cell lymphoma/leukemia-2）：Bcl-2 是第一个被确认有抗凋亡作用，由 229aa构成（鼠236）分布在线粒体膜,内质网，核膜等处。Bcl-2 和C.elegans 中的ced-9 有很高的同源 性，具有促进细胞存活的功能。,BcL-2抗凋亡机制：,直接抗氧化；调节PTP开放；抑制Bax，Bak的促凋亡作用；抑制
10、Caspases激活；维持细胞钙稳态。,8、凋亡抑制蛋白家族（IAP家族）,IAP家族是一组抑制凋亡的蛋白。IAP家族蛋白的BIR（baculoviral IAP repeat)结构域是IAP 抑制凋亡的结构基础。在人类已确定有7种IAP相关蛋白。作用机制：通过抑制caspase-3,7,9等的活性。,凋亡细胞DNA的断裂,形成高分子量的DNA大片断（50kb),形成180200bp整数倍的DNA小片断,非Caspase依赖的内源性核酸内切酶的激活,Caspase依赖的内源性核酸酶激活(CAD),9.核酸内切酶,Caspase 8,Caspase 3,Caspase 9,Cleavage of
11、 substrates,Nucleus,Degradation of DNA,CAD激活方式,细胞膜,DNA断裂与“梯状条带”,DNA“梯”状条带,二、PCD的主要途径1.膜受体通路(死亡受体通路/外源性通路),死亡受体家族,肿瘤坏死因子受体(TNFR)家族,FasCD95TNFR,Fas/FasL,DD:death domain,死亡受体通路,凋亡诱导因素,死亡受体（Fas)配体（FasL)的表达、结合,Caspase-8活化,Caspase-3活化,apoptosis,FADD,FADD,2.线粒体通路（内源性途径）,R,1、线粒体跨膜电位（m）的破坏与细胞凋亡的一致性；m 下降时PTP开
12、放导致细胞凋亡 m 正常时无细胞凋亡2、线粒体跨膜电位（m）的破坏早于核DNA的断裂。,?,?,线粒体信号通路,smac,Smac:second mitochondria-derived activator of caspase,IAPs,(-),Apoptosis inducing factor,Inhibitors of apoptosis protein,apoptotic protease activiation factor,凋亡诱导因素,死亡受体/配体的表达、结合,Caspase-8活化,Caspase-3活化,apoptosis,Bid活化,线粒体通路 活化,死亡受体通路与线粒体通路的联系,Caspase-3活化,小结,磷脂酰丝氨酸（PS)的外翻,PS,巨噬细胞吞噬磷脂酰丝氨酸（PS)的外翻凋亡小体,巨噬细胞,PS的外翻凋亡小体,提纲,谢谢！,凋亡复合体,CARD:Caspase Activation and Recruitment Domain,
