分子生物學(xué)筆記 第七章 細(xì)胞凋亡

第七章 細(xì)胞凋亡 凋亡（apoptosis）, 程序性細(xì)胞死亡（programmed cell death,PCD）生理性細(xì)胞死亡。

第一節(jié) 細(xì)胞凋亡概論 一、凋亡與壞死apoptosis vs. necrosis）凋亡是一個(gè)受細(xì)胞主動調(diào)節(jié)的自身消化過程，凋亡細(xì)胞的特征形態(tài)學(xué)改變使其可被其它細(xì)胞吞噬而不泄露胞質(zhì)內(nèi)容物 ，不會引起炎癥反應(yīng)。壞死是由于物理損傷、缺血或細(xì)菌毒素等引起的破壞性細(xì)胞死亡過程，細(xì)胞內(nèi)容物的釋放導(dǎo)致局部炎癥反應(yīng)。二、 凋亡的生理功能 1、 維持組織穩(wěn)態(tài)平衡（homeostasis）,通過干細(xì)胞分裂產(chǎn)生新細(xì)胞的同時(shí)，選擇性地除去那些損傷的或老的或多余的細(xì)胞。 2、 清除不需要的免疫細(xì)胞。 3、 神經(jīng)元發(fā)育 4、 個(gè)體發(fā)育三、凋亡細(xì)胞的形態(tài)學(xué)和生化特征 1、 細(xì)胞皺縮（shrinkage） 2、 質(zhì)膜出泡（blebbing） 3、 染色質(zhì)濃縮 4、 DNA裂解：核小體DNA ladder 5、 磷脂酰絲氨酸由質(zhì)膜內(nèi)側(cè)翻轉(zhuǎn)至外側(cè) 6、 凋亡小體的釋放

第二節(jié) 凋亡的分子機(jī)制 一、細(xì)胞表面死亡受體細(xì)胞死亡受體家族的成員是一類跨膜蛋白，它們均含有一個(gè)與配基結(jié)合的胞外結(jié)構(gòu)域；一個(gè)跨膜域和一個(gè)轉(zhuǎn)導(dǎo)胞外 信號進(jìn)入胞內(nèi)的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域(死亡結(jié)構(gòu)域)。這此受體（如Fas、TNF受體）同它們的配基結(jié)合后被激活并導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。二、Bc l-2家族對B細(xì)胞淋巴瘤的研究發(fā)現(xiàn)bcl-2是一種抗凋亡基因，進(jìn)一步研究證明它與ced-9基因同源。 1、 由于8：14染色體易位所致的bcl-2過度表達(dá)抑制腫瘤細(xì)胞凋亡。 2、 與Bcl-2功能相似的有Bcl-Xl, Bcl-w, Mcl-1, and A1等，構(gòu)成一個(gè)大的蛋白家族。 3、 這些蛋白表達(dá)于線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和核被膜的外膜，Bcl-2及其高度同源物Bcl-xl 保護(hù)線粒體膜的完整性。 Bax-促進(jìn)凋亡的Bcl-2家族成員： 1、 與Bcl-2結(jié)合的蛋白，包括Bax、Bak、Bik 、Bid、 Bim和HRK。 2、 當(dāng)在細(xì)胞中過度表達(dá)時(shí)促進(jìn)凋亡，其殺細(xì)胞活性可被Bcl-2類蛋白拮抗。 3、 抗凋亡蛋白和促進(jìn)凋亡的蛋白如Bcl-2和Bax間的比率決定細(xì)胞對凋亡信號的敏感性。 4、 Bax可被 P53上調(diào)，這是DNA損傷時(shí)P53誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的一種方式。 5、 這些蛋白通常存在于其它胞內(nèi)隔室如胞漿中，在凋亡時(shí)移動進(jìn)入線粒體。三、Caspase 蛋白酶-實(shí)施凋亡的蛋白酶 1、 這是一族半胱氨酸（cysteine）催化的在天冬氨酸（aspartic acid）處裂解底物的蛋白酶（半胱天冬酶） 2、所有Caspase先以無活性的酶原（procaspase）的形式合成，其激活過程包括：①二聚體化②caspase自身 序列裂解成小亞其和大亞基③除去prodomain。 3、最早發(fā)現(xiàn)的 caspase 為IL-1β轉(zhuǎn)化酶 (ICE=caspase-1) 它將 pro-IL-1 前體裂解成其活性形式。 ICE 基因轉(zhuǎn)染導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。此過程可被一種牛痘病毒蛋白CrmA抑制。 CrmA抑制所有caspase。 4、已知該家族成員超過12個(gè)，雖然其中某些 caspase參與白細(xì)胞介素的成熟，但大多數(shù)作用是激活凋亡 。通過在特異性caspase裂解位點(diǎn)(e.g. DEV D)處裂解靶蛋白，而使蛋白激活或失活，從而影響凋亡。例如： a. DFF -DNA fragmentation factor- cleavage of an inhibitory subunit activates this nuclease which cuts the DNA into a distinct ladder-likepattern and for chromatin to condense. b. PARP -Poly-ADP ribose polymerase, a DNA repair enzyme inactivated by caspases c. nuclear lamin - causes nucleus to lose its structural integrity after cleavage d. cytoskeletal proteins - cleavage causes membrane blebbing 5、殺傷 T-淋巴細(xì)胞可釋放顆粒酶（granzymes）于靶細(xì)胞上而誘導(dǎo)凋亡： granzymes 裂解和激活 caspase→誘導(dǎo)凋亡 6、現(xiàn)正研究能完全阻斷凋亡的caspases抑制劑， 看它們是否能保護(hù)中風(fēng)、心梗和器官移植中細(xì)胞免于因缺血誘導(dǎo)的凋亡四、 Caspases的激活（一）死亡受體被其配基激活 1、TNF 受體與稱為TRADD的蛋白結(jié)合，后者再結(jié)合 FADD； Fas直接與 FADD結(jié)合。 2、 FADD結(jié)合caspase-8 (又稱為 FLICE),它含有死亡結(jié)構(gòu)域同時(shí)又具蛋白酶催化活性 3、 活化的caspase-8激活凋亡途徑.； 4、 .觸發(fā)激活的關(guān)鍵是受體的寡聚化。在 Fas系統(tǒng)中 FasL與 Fas 的相互作用導(dǎo)致 Fas 受體形成三聚體,從而激活凋亡。 5、FasL 也是一個(gè)單一跨膜蛋白。FasL 既可通過與之相互作用殺死相鄰細(xì)胞，也可激活細(xì)胞自身的Fas而自殺。 （二）Apaf1- caspase活化蛋白 1、Caspase-8裂解 Bid 使其 C-端域易位至線粒體中。 2、Bid及其它 Bcl2家族促凋亡蛋白的作用導(dǎo)致線粒體釋放細(xì)胞色素C。. 3、Bcl2抑制cytochrome c釋放。 4、Cytochrome c 在胞漿中與Apaf-1結(jié)合。Apaf-1/cytochrome c經(jīng)需能的寡聚化形成大的蛋白復(fù)合物 (Apoptosome)，后者聚集procaspase-9 5、 procaspase-9經(jīng)自身裂解而活化。 6、Caspase-9裂解caspase-3和其它c(diǎn)aspases，激活凋亡的效應(yīng)器期 effector phase ）,從而使細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞。 五、IAPs, 抑制caspase 活性的蛋白家族 A. IAPs are inhibitors of apoptosis protein. There are 7 identified IAPs in human. B. IAPs inhibit apoptosis by inhibiting caspase activities. C. IAPs provide a safeguard mechanism against minimal activation of the apoptosis program. D. Several IAPs are overexpressed in tumors.

第三節(jié) 凋亡與疾病 A. Cancer B. Autoimmune disease C. Neurodegenerative disease 1. ALS - Amyotrophoic lateral sclerosis or Lou Gehrig’s disease 2. Spinal muscular atrophy