分子生物學(xué)細(xì)胞周期ppt課件

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1,Chapter 7 Cell Cycle,2,Section 1 Introduction,3,細(xì)胞周期（cell cycle）就是指細(xì)胞生長(zhǎng)與分裂的周期，即細(xì)胞在一次分裂結(jié)束開(kāi)始生長(zhǎng)，到下一次分裂完成所經(jīng)歷的過(guò)程。,4,1. Phases of Cell Cycle,細(xì)胞周期一般包含下列四個(gè)階段： G1期：從有絲分裂完成到DNA復(fù)制之前的一段時(shí)期； S期：為DNA復(fù)制的時(shí)期； G2期：從DNA復(fù)制完成到有絲分裂開(kāi)始的一段時(shí)期； M期：從細(xì)胞分裂開(kāi)始到結(jié)束的時(shí)期。,5,Phases of Cell Cycle,6,,7,2. Characteristics of Cell Cycle Phases,G1期： 細(xì)胞周期的大部分時(shí)相處于G1期，動(dòng)物細(xì)胞一般為6~12小時(shí)。該期主要的生化活動(dòng)是合成RNA和蛋白質(zhì)。 S期： 此期一般持續(xù)6~8小時(shí)，其長(zhǎng)短主要由基因組的復(fù)雜度決定。該期主要的生化活動(dòng)是復(fù)制DNA。,8,G2期： 是最短的時(shí)相。該期主要的生化活動(dòng)是合成一些與有絲分裂有關(guān)的蛋白質(zhì)。 M期： 該期很短，一般持續(xù)0.5~2小時(shí)。該期生化合成停止，細(xì)胞形態(tài)發(fā)生改變，一個(gè)母細(xì)胞分裂成2個(gè)子代細(xì)胞。,9,3. Checking Points of Cell Cycle,真核細(xì)胞的分裂增殖必須經(jīng)過(guò)兩個(gè)關(guān)鍵的調(diào)控點(diǎn)：即DNA合成開(kāi)始時(shí)的G1→S期的轉(zhuǎn)換和有絲分裂開(kāi)始時(shí)的G2→M期的轉(zhuǎn)換。 細(xì)胞必須在順利經(jīng)過(guò)這兩個(gè)調(diào)控關(guān)鍵點(diǎn)之后，才可能完成細(xì)胞的分裂增殖，即細(xì)胞周期。 除此之外，細(xì)胞由G0→G1期的轉(zhuǎn)換，也涉及另外一個(gè)調(diào)控點(diǎn)。,10,細(xì)胞周期中各關(guān)鍵點(diǎn)的轉(zhuǎn)換，是通過(guò)各種調(diào)控因子相互作用，構(gòu)成級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 這一調(diào)控系統(tǒng)的核心就是周期素依賴的蛋白激酶（cyclin-dependent protein kinase，CDK）家族。正是該家族成員的順序激活和對(duì)關(guān)鍵底物的磷酸化促進(jìn)細(xì)胞周期的有序進(jìn)程，啟動(dòng)并完成G1→S期和G2→M期的轉(zhuǎn)換。,11,Section 2 Regulation of Cell Cycle,12,1. Growth Factors and their Receptors,生長(zhǎng)因子，如EGF、PDGF、TGF、FGF、NGF、IL-2等，與相應(yīng)的靶細(xì)胞膜受體結(jié)合后，即可通過(guò)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)節(jié)相關(guān)結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，啟動(dòng)細(xì)胞增殖過(guò)程。,13,2. Structure and Function of Cyclin,周期素都是CDK的調(diào)節(jié)亞基，分別在細(xì)胞周期的不同時(shí)期積累，激活CDK，使其具有催化關(guān)鍵底物的磷酸化修飾并調(diào)節(jié)其活性。 在高等真核細(xì)胞中，周期素至少分為A、B、C、D、E、F、G等幾大類(lèi)。,14,周期素的家族成員,15,五大類(lèi)周期素中都含有由100～150個(gè)氨基酸殘基組成的保守區(qū)，稱(chēng)為周期素盒（cyclin box），是與CDK相互作用的活性區(qū)域。 此外，還可含有降解盒（destruction box）或PEST序列（脯-谷-絲-蘇），可通過(guò)定時(shí)降解或快速轉(zhuǎn)換來(lái)調(diào)節(jié)周期素的水平。,16,按周期素表達(dá)及作用的細(xì)胞周期階段的不同，可將其分為G1期（D、E）和M期（A、B）兩大類(lèi)。,17,The Expressional Levels of Cyclins during Cell Cycle,18,The Relationship of Cyclin Expressional Levels with DNA Replication,19,是指在G1期或G1→S期轉(zhuǎn)換點(diǎn)發(fā)揮作用，并能啟動(dòng)細(xì)胞周期，促進(jìn)DNA合成的周期素。 G1期周期素主要包括周期素C、D、E等，這些周期素通常在細(xì)胞周期的G1期時(shí)活性升高，而在S期以后則逐漸降至較低的水平。,2.1 Cyclins during G1 Phase,20,周期素C： 周期素C的C-端存在一個(gè)PEST序列，其細(xì)胞內(nèi)的水平在G1期中點(diǎn)達(dá)高峰。,21,周期素D： 周期素D至少有D1、D2、D3三種亞型。 周期素D的C-端存在一個(gè)PEST序列；N-端含有一個(gè)與DNA腫瘤病毒轉(zhuǎn)化蛋白共同的順序Leu-X-Cys-X-Glu ，是周期素D與p110Rb等蛋白結(jié)合所必需。,22,不同亞型周期素D在細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)模式不同，但主要是在G1期處于較高的表達(dá)水平。,23,周期素E： 有E1和E2兩種亞型，其細(xì)胞內(nèi)的水平在G1/S調(diào)控點(diǎn)達(dá)峰值。,24,是指在G2→M期轉(zhuǎn)換處發(fā)揮作用，誘導(dǎo)細(xì)胞分裂的周期素，包括周期素A和B兩類(lèi)。 這類(lèi)蛋白在其N(xiāo)-端含有一個(gè)降解盒（destruction box），在M期通過(guò)泛素（ubiquitin）途徑降解。,2.2 Cyclins during M Phase,25,周期素A： 包括三種亞型：A1、A2和A3。 在細(xì)胞周期的DNA合成之前出現(xiàn)，并不斷增加，與啟動(dòng)DNA復(fù)制有關(guān)，主要在S期發(fā)揮作用。,Cyclin A3,26,周期素B： 周期素B在人類(lèi)有兩種亞型，B1和B2。 周期素B水平的變化主要由其降解速率來(lái)調(diào)控。 周期素B在S晚期出現(xiàn)，在細(xì)胞進(jìn)入M期之前，其水平呈線性增高，當(dāng)達(dá)到一定閾值時(shí)，促使CDK激活；當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入M期后，周期素B降解速率增加，水平驟然下降，CDK失活。,27,3. Structure and Function of CDK,人們對(duì)CDK的認(rèn)識(shí)，最初是通過(guò)研究培養(yǎng)細(xì)胞和酵母細(xì)胞而得到的。 目前已經(jīng)確定的CDK有：裂殖酵母中CdC2；釀酒酵母中的CdC28、PHO85、KIN28以及人類(lèi)細(xì)胞中CDK1～10 。,3.1 Types and Characters of CDK,28,CDK Family in Human,29,CDK的分子量一般為35～40kD，不同CDK的氨基酸組成有40%以上的同源性。 典型的CDK催化亞基的活性中心約由300個(gè)氨基酸殘基組成，當(dāng)處于單體或非磷酸化狀態(tài)時(shí)，CDK沒(méi)有催化活性。,30,Molecular Structure of CDK2,31,CDK的催化活性受到激活因素與抑制因素兩方面的調(diào)節(jié)。 在激活因素中，目前認(rèn)為CDK與周期素的結(jié)合以及保守的蘇氨酸殘基的磷酸化是較為重要的兩種調(diào)節(jié)因素； 而在抑制因素中，CDK的N-端氨基酸殘基的抑制性磷酸化以及抑制蛋白的結(jié)合是主要的調(diào)節(jié)因素。,3.2 Regulation of CDK Activity,32,周期素的激活作用： 周期素中的“周期素盒”結(jié)構(gòu)域直接和CDK的結(jié)合，并與CDK的激活相關(guān)，周期素是CDK的正性調(diào)節(jié)劑。 周期素的這兩種功能是密切相關(guān)的，而這種結(jié)合與激活作用主要通過(guò)周期素在細(xì)胞周期中的濃度波動(dòng)來(lái)調(diào)控。,3.2.1 Activation of CDK,33,CyclinA-CDK2 Complex with ATP Bound,34,磷酸化修飾的激活作用： CDK的激活還必須依賴于其保守的蘇氨酸殘基的磷酸化，如在人CDK1（p34cdc2）的Thr161和CDK2的Thr160的磷酸化，就與這兩個(gè)酶的激活相關(guān)。,35,催化CDK1和CDK2磷酸化的酶是CAK，該酶是一種寡聚體，其催化亞基為CDK7，調(diào)節(jié)亞基為周期素H，另需一組裝蛋白因子MAT1以穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。,MAT1——CDK-activating kinase assembly factor 1,36,Complex of CDK7 –CyclinH-MAT1,37,磷酸化修飾的抑制作用： 在人的CDK1和CDK2中，Thr14和Tyr15殘基的磷酸化可抑制CDK的催化活性。 其原因在于上述殘基的側(cè)鏈位于該酶活性中心ATP結(jié)合部位的頂端，因而對(duì)激酶的磷酸化作用產(chǎn)生了阻礙。,3.2.2 Inhibition of CDK,38,催化Thr14和Tyr15磷酸化的是兩種不同的蛋白激酶，使Thr14磷酸化的為蛋白激酶Myt1 ，使Tyr15磷酸化的是蛋白激酶Wee1/Mik1 。 催化Thr14和Tyr15脫磷酸化的是蛋白磷酸酶CDC25。 因此，蛋白激酶Wee1和Myt1及蛋白磷酸酶CDC25的相對(duì)活性，決定CDK1和CDK2的活性高低。,39,Regulation of CDK Activity,CAK,40,抑制蛋白的作用： 近年來(lái)，已分離并鑒定了若干能夠與周期素-CDK復(fù)合物特異性結(jié)合并抑制其活性的蛋白因子，這些蛋白因子被稱(chēng)為周期素依賴性蛋白激酶抑制蛋白（CKI）。 大部分CKI都是抑癌基因的編碼產(chǎn)物。,41,在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，目前已經(jīng)確定的CKI主要有：P21WAF1/CIP1、P27KIP1、P16INK4和P15INK4B，可分別抑制各型CDK的活性。,42,P21WAF1/CIP1： 是由抑癌基因WAF1/CIP1編碼合成的蛋白質(zhì)，幾乎能與所有的周期素-CDK復(fù)合物結(jié)合，抑制其蛋白激酶活性，使細(xì)胞停留在G1期。,43,P27KIP1： 是由抑癌基因KIP1編碼合成的蛋白質(zhì)，也能與幾乎所有的周期素-CDK復(fù)合物結(jié)合，抑制其蛋白激酶活性，使細(xì)胞停留于G1期。,44,p27-cyclin-cdk complex,45,P16INK4A和P15INK4B： 是分別由抑癌基因INK4A/MTS1和INK4B/ MTS2編碼合成的蛋白質(zhì)，能專(zhuān)一性的與CDK4和CDK6結(jié)合，并阻止其與周期素的結(jié)合反應(yīng)，從而抑制其蛋白激酶活性，使細(xì)胞停留于G1期。,46,P53： 由抑癌基因p53編碼合成的蛋白質(zhì)，是WAF1/CIP1基因的轉(zhuǎn)錄激活因子。 因此，P53的表達(dá)可促進(jìn)P21WAF1/CIP1的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，從而抑制CDK的蛋白激酶活性。,47,Function of P53,48,PRb： 是由Rb抑癌基因編碼合成的蛋白質(zhì)，有低磷酸化型和高磷酸型兩種型式。 低磷酸化型的PRb可與轉(zhuǎn)錄因子E2F形成復(fù)合體，抑制其轉(zhuǎn)錄激活作用，阻止細(xì)胞分裂；而高磷酸化型的PRb則不能與E2F形成復(fù)合體。 催化PRb由低磷酸化型轉(zhuǎn)變?yōu)楦吡姿峄偷牡鞍准っ妇褪歉餍虲DK。,49,50,Rb function is linked to other tumor suppressors,51,細(xì)胞周期的調(diào)控機(jī)制,52,Smad3/4 —— Mothers against decapentaplegic homolog 3/4 ATM —— Serine-protein kinase ATM ATR —— Serine-protein kinase ATR SKP2 —— S-phase kinase-associated protein 2 SCF —— Skip1-cullin/cdc53-F-box protein GSK3 —— Glycogen synthase kinase 3 HDAC —— Histone deacetylase DP-1 —— Transcription factor Dp-1,53,Chapter 8 Cell Apoptosis,54,Section 1 Introduction,55,細(xì)胞死亡也是一種重要的生命過(guò)程。目前，經(jīng)“細(xì)胞死亡命名委員會(huì)(NCCD)”確認(rèn)的細(xì)胞死亡類(lèi)型至少有10余種。 其中，由NCCD明確鑒定的細(xì)胞死亡類(lèi)型包括：細(xì)胞壞死(cell necrosis)、細(xì)胞凋亡(cell apoptosis)和細(xì)胞自噬(cell autophage)。,56,1. Concept of Cell Apoptosis,細(xì)胞凋亡（cell apoptosis）是指細(xì)胞自殺機(jī)制被活化而引發(fā)的一種以細(xì)胞固縮為主要形態(tài)學(xué)改變的程序性細(xì)胞死亡。 細(xì)胞凋亡的發(fā)生受凋亡相關(guān)基因的調(diào)控。 凋亡細(xì)胞的形態(tài)學(xué)改變主要發(fā)生在細(xì)胞核。凋亡時(shí)，由于細(xì)胞膜保持完整，無(wú)內(nèi)容物溢出，故一般不會(huì)引起炎癥反應(yīng)。,57,58,2. Morphologic and Biochemical Characters of Cell Apoptosis,凋亡細(xì)胞出現(xiàn)特征性的形態(tài)學(xué)改變： 染色質(zhì)密集，呈邊緣化； 核固縮； DNA鏈斷裂； 出現(xiàn)凋亡小體。,2.1 Morphologic Characters,59,Processing of Cell Death,60,Comparison of Necrotic with Apoptotic Cells,normal cell,apoptotic cell,necrotic cell,61,Apoptotic Cell and Macrophage,62,凋亡細(xì)胞的典型生化改變是將其基因組DNA進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳時(shí)，DNA片段表現(xiàn)為間隔180~200bp的階梯狀條帶。,2.2 Biochemical Characters,63,3. Physiological Significances of Cell Apoptosis,細(xì)胞凋亡是多細(xì)胞生物生命活動(dòng)過(guò)程中的重要內(nèi)容。 細(xì)胞凋亡貫穿于動(dòng)物全部生命周期中，是保證個(gè)體發(fā)育成熟所必需的過(guò)程。,64,Section 2 Genes and Their Proteins Related to Apoptosis,65,1. Ced Gene Family,Ced基因家族是線蟲(chóng)的細(xì)胞凋亡相關(guān)基因，包括Ced-3、Ced-4、Ced-9等。 其中，Ced-3基因編碼產(chǎn)物與人半胱氨酸蛋白酶（如ICE）同源，Ced-4基因編碼產(chǎn)物與人Apaf-1蛋白同源，Ced-9的編碼產(chǎn)物與人的bcl-2有同源性。,66,Ced基因家族的表達(dá)產(chǎn)物中，Ced-3和Ced-4能促進(jìn)細(xì)胞凋亡；而Ced-9能與Ced-3和Ced-4形成復(fù)合物并抑制其活性，從而抑制細(xì)胞凋亡。,67,Regulation of Ced Proteins for Cell Apoptosis,68,2. rpr Gene,rpr基因是果蠅的凋亡相關(guān)基因，該基因編碼一種與Fas的DD結(jié)構(gòu)域同源的小分子多肽，以Fas介導(dǎo)凋亡類(lèi)似的方式激活I(lǐng)CE/Ced-3樣蛋白酶，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。,69,3. bcl-2 Gene Superfamily,bcl-2基因定位于人第18號(hào)染色體上，與線蟲(chóng)的ced-9基因同源，能編碼26kD的Bcl-2?和22kD的Bcl-2?兩種蛋白。 bcl-2基因?yàn)榈蛲鲆种苹?，其表達(dá)產(chǎn)物是膜整合蛋白。,70,Bcl-2（Bcl-XL）蛋白具有下列抗凋亡作用： 能抑制線粒體PT孔（通透性轉(zhuǎn)變孔）開(kāi)放，減少Cyt c和凋亡誘導(dǎo)因子（AIF）的釋放； 能結(jié)合和滅活A(yù)paf-1，阻斷其對(duì)caspase-9活化； 能特異地結(jié)合Cyt c，阻止其誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。,71,現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)至少存在29個(gè)bcl-2基因的同源物，它們?cè)诰€粒體介導(dǎo)的凋亡途徑中起調(diào)控作用。 Bcl-2蛋白家族成員都含有1~4個(gè)Bcl-2同源結(jié)構(gòu)域（BH1~4），并且通常有一個(gè)羧基端跨膜結(jié)構(gòu)域（transmembrane region，TM）。,72,一般說(shuō)來(lái)，BH4是抗凋亡蛋白所特有的結(jié)構(gòu)域，BH3則是與促進(jìn)凋亡有關(guān)的結(jié)構(gòu)域。 因此，根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，bcl-2家族成員中，有些具有抗凋亡活性，有些則具有促凋亡活性。,73,根據(jù)功能和結(jié)構(gòu)可將Bcl-2家族分為兩大類(lèi)： 抗凋亡的（anti-apoptotic）：如Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-w、Mcl-1等。 促凋亡的（pro-apoptotic）：包括多結(jié)構(gòu)域的（如Bax、Bak、Bok）和只有BH3結(jié)構(gòu)域的（如Bad、Bid、Bim、Bik等）兩種亞類(lèi)。,74,Molecular Structure of Bcl-2 Protein Family,75,Bcl-2蛋白家族成員,76,Bcl-2蛋白主要定位于線粒體外膜，可與促凋亡蛋白形成復(fù)合體，抑制其作用，因而具有拮抗促凋亡蛋白的功能。 而大多數(shù)Bcl-2家族的促凋亡蛋白則主要定位于細(xì)胞漿，一旦細(xì)胞受到凋亡因子的誘導(dǎo)，即可向線粒體膜轉(zhuǎn)位。,77,這些促凋亡蛋白通過(guò)寡聚化，在線粒體外膜形成跨膜通道 ；或者開(kāi)啟線粒體的通透性轉(zhuǎn)變孔（permeability transition pore，PT），促使線粒體內(nèi)的凋亡因子（cyt c）釋放，激活蛋白水解酶caspase，引發(fā)細(xì)胞凋亡。,78,Anti-apoptosis and Pro-apoptosis Effects of Bcl-2 Related Proteins,79,4. Caspase Gene Superfamily,哺乳動(dòng)物中存在的白介素-1?-轉(zhuǎn)化酶（ICE）是細(xì)胞凋亡蛋白酶，與線蟲(chóng)的Ced-3同源，都屬于胱-天蛋白酶家族（cysteine aspartate-specific protease，caspase）。 這些蛋白酶是引起細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵酶，一旦被信號(hào)途徑激活，能將細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)降解，使細(xì)胞不可逆的走向死亡。,80,81,在人類(lèi)細(xì)胞中已發(fā)現(xiàn)13個(gè)ICE同源物，分為2個(gè)亞家族： ICE亞家族——包括caspase-1、4、5、11、12、13等，主要參與炎癥反應(yīng)； CED-3亞家族——包括caspase-2、3、6、7、8、9、10等，主要參與細(xì)胞凋亡。,82,Types of ICE Related Proteins,83,目前已經(jīng)鑒定的caspase的水解底物包括： 多聚（ADP-核糖）聚合酶（PARP）； 纖層蛋白（lamins）； caspase依賴的DNA酶抑制蛋白（ICAD）； 小核蛋白體蛋白（HnRNP proteins）等20多種。,84,The Substrates of Caspases,85,多聚（ADP-核糖）聚合酶（PARP）是一種與DNA損傷修復(fù)、基因完整性監(jiān)護(hù)有關(guān)的聚合酶，其作用是將NAD+分子中的ADP轉(zhuǎn)移到與DNA修復(fù)相關(guān)的酶分子上，提高其催化效率。 當(dāng)細(xì)胞凋亡啟動(dòng)時(shí)，PARP被caspase剪切，導(dǎo)致受PARP負(fù)調(diào)控的核酸內(nèi)切酶活性增高，進(jìn)而裂解核小體之間的DNA，引發(fā)細(xì)胞凋亡。,86,纖層蛋白（lamins）屬于中間纖維絲蛋白家族，參與構(gòu)成支撐核內(nèi)膜的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)染色質(zhì)的定向和組織起作用。 小核糖體蛋白（HnRNP proteins）則參與構(gòu)成小核蛋白體，與hnRNA的成熟加工有關(guān)。,87,5. Apaf-1 Gene,Apaf-1基因表達(dá)的Apaf-1蛋白為凋亡酶激活因子-1（apoptotic protease activating factor-1），與線蟲(chóng)的Ced-4蛋白同源，在線粒體介導(dǎo)的凋亡途徑中起重要作用。,88,Apaf-1含有3個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域： CARD（caspase recruitment domain）結(jié)構(gòu)域，能召集caspase-9； Ced-4 同源結(jié)構(gòu)域，能結(jié)合ATP/dATP； C端結(jié)構(gòu)域，含有色氨酸/天冬氨酸重復(fù)序列，當(dāng)細(xì)胞色素c結(jié)合到這一區(qū)域后，能引起Apaf-1多聚化而激活。,89,Apaf-1具有激活caspase-3的作用，而這一過(guò)程又需要細(xì)胞色素c（Apaf-2）和caspase-9（Apaf-3）參與。 Apaf-1-細(xì)胞色素c復(fù)合體與ATP/dATP結(jié)合后，Apaf-1就可以通過(guò)其CARD結(jié)構(gòu)域召集caspase-9，形成凋亡體（apoptosome），激活caspase-3，啟動(dòng)caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)。,90,凋亡體的形成,91,凋亡體與caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng),92,Fas基因，定位于人第10號(hào)染色體上，其編碼產(chǎn)物為45kD的跨膜受體，屬于TNF受體家族。 Fas受體（又稱(chēng)APO-1或CD95）的分子結(jié)構(gòu)可分為三個(gè)區(qū)，即具有三個(gè)富含半胱氨酸的胞外區(qū)、跨膜區(qū)和具有死亡結(jié)構(gòu)域（Death domain， DD）的胞內(nèi)區(qū)。,6. Fas and FasL Genes,93,Fas的胞內(nèi)區(qū)DD結(jié)構(gòu)域可與接頭蛋白FADD （Fas associated death domain protein）偶聯(lián)，然后再通過(guò)FADD的死亡效應(yīng)結(jié)構(gòu)域（death effecter domain，DED）與Pro-caspase-8偶聯(lián)，從而將胞外的凋亡信號(hào)傳遞到細(xì)胞內(nèi)。,94,Fas的分子結(jié)構(gòu),DD —— death domain DED —— death effector domain FADD —— Fas associated death domain,95,Fas與其配體（FasL）的相互作用，是引發(fā)細(xì)胞凋亡的主要途徑之一。 Fas與其抗體或FasL結(jié)合后，可迅速激活caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)，裂解DNA，誘發(fā)細(xì)胞凋亡。,96,FasL基因定位于人第1號(hào)染色體上，主要在活化的淋巴細(xì)胞表面表達(dá)，產(chǎn)生凋亡信號(hào)；也可在T細(xì)胞激活過(guò)程中被誘導(dǎo)表達(dá)。 Fas與FasL的協(xié)同表達(dá)，對(duì)胸腺中T淋巴細(xì)胞的發(fā)育、分化與凋亡以及細(xì)胞毒活性起調(diào)節(jié)作用。,97,7. IAP Gene Superfamily,細(xì)胞凋亡抑制因子（inhibitor of apoptosis，IAP）超家族的成員較多，如c-IAP1，c-IAP2，XIAP，NIAP 和Survivin等，新的成員仍在不斷被發(fā)現(xiàn)。 IAP家族成員有一個(gè)共同的特征，含有一個(gè)或多個(gè)70個(gè)氨基酸的重復(fù)序列（BIR），類(lèi)似于zinc指狀的結(jié)構(gòu)。 c-IAP1、 c-IAP2和XIAP還含有環(huán)指狀結(jié)構(gòu)域（RING）。,98,Molecular Structure of Human Cellular IAPs,99,BIR功能域和之間的連接區(qū)域介導(dǎo)對(duì)caspase的抑制作用，而環(huán)指狀結(jié)構(gòu)域（RING）則具有泛素化蛋白連接酶的作用，介導(dǎo)caspase-3和-7的泛素化降解作用。,100,p53基因定位于人的第17號(hào)染色體上， 是一種多功能基因，其表達(dá)產(chǎn)物P53能在G1期監(jiān)視DNA的完整性。如有損傷，則抑制細(xì)胞增殖，直到DNA修復(fù)完成；如受損DNA不能修復(fù)，則誘導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)入凋亡程序。,8. p53 Gene,101,P53作為一種轉(zhuǎn)錄因子，是Bax的正調(diào)節(jié)因子，Bcl-2的負(fù)調(diào)節(jié)因子。 當(dāng)細(xì)胞受到射線照射后，P53可迅速上調(diào)Bax的表達(dá)，從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡。,102,c-myc基因也是一種多功能 基因，定位于人第8號(hào)染色體，編碼分子量為62kD的蛋白質(zhì)。 c-Myc蛋白位于細(xì)胞核內(nèi)，具有轉(zhuǎn)錄因子活性，一方面能激活控制細(xì)胞增殖的基因，另一方面也能激活促進(jìn)細(xì)胞凋亡的基因表達(dá)，故具有促進(jìn)細(xì)胞增殖和凋亡的雙重效應(yīng)。,9. c-Myc Gene,103,c-Myc與Bcl-2之間存在協(xié)同作用。 Bcl-2能抑制c-Myc所致細(xì)胞凋亡，但不影響其促有絲分裂作用，即當(dāng)生長(zhǎng)因子存在、Bcl-2表達(dá)時(shí)，c-Myc促進(jìn)細(xì)胞增殖，反之則細(xì)胞凋亡。,104,c-Myc蛋白的作用機(jī)理與另一種轉(zhuǎn)錄因子Max形成異源二聚體有關(guān)。此復(fù)合物可與特定的DNA序列相結(jié)合，發(fā)揮調(diào)節(jié)基因表達(dá)的作用。 已知這兩種轉(zhuǎn)錄因子可形成Myc-Max和Max-Max兩種不同的二聚體，但它們都能與同一DNA序列相結(jié)合，產(chǎn)生不同的調(diào)節(jié)效應(yīng)。 當(dāng)缺乏生長(zhǎng)因子時(shí)，更多的形成Myc-Max復(fù)合物，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。,105,Complexes of Myc, Max and Mad,106,Regulating Roles of Myc,107,Section 3 Molecular Mechanisms for Cell Apoptosis,108,目前已知，細(xì)胞凋亡可分為caspase依賴和caspase不依賴兩種機(jī)制，而caspase依賴的細(xì)胞凋亡又包括三種方式： 受體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡（外源通路）； 線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡（內(nèi)源通路）； 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡（內(nèi)源通路）。,109,由存在于細(xì)胞膜上的死亡受體介導(dǎo)，將外源性凋亡信號(hào)傳遞到細(xì)胞內(nèi)，引發(fā)細(xì)胞調(diào)亡。 常見(jiàn)的死亡受體包括：TNFR、Fas、DR3、DR4、DR5等。,1.1 Cell Apoptosis Mediated by Death Receptor,1. Caspase-dependent Cell Apoptosis,110,Process of Cell Apoptosis Mediated by Death Receptor,死亡受體與配體結(jié)合，使受體三聚化,受體胞內(nèi)DD區(qū)構(gòu)象改變，與接頭蛋白FADD的DD區(qū)結(jié)合,FADD的N端DED區(qū)與caspase-8（或-10）前體蛋白結(jié)合，形成凋亡誘導(dǎo)的信號(hào)復(fù)合體（DISC）,,,,111,caspase-8、10自身剪切激活，啟動(dòng)caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng),caspase-3，-6，-7激活,降解CAD抑制蛋白（ICAD/DFF-45），釋放出caspase依賴的DNase（CAD）,,,,降解DNA，引發(fā)細(xì)胞凋亡,,112,113,Death Receptor Apoptotic Pathway,FADD（Fas-associated death domain）； DD（death domain）； DED （death effector domain）。,114,1.2 Cell Apoptosis Mediated by Mitochondria,115,116,物理或化學(xué)凋亡信號(hào),激活Bax、Bad、Bid等促凋亡蛋白，線粒體PT孔開(kāi)放或形成,線粒體凋亡因子（Cyt c等）滲透出線粒體,,,,Process of Cell Apoptosis Mediated by Mitochondria,117,Cyt c與Apaf-1及pro-caspase-9組成凋亡體,caspase-9激活并啟動(dòng)caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng),降解ICAD及細(xì)胞功能或結(jié)構(gòu)蛋白，引發(fā)細(xì)胞凋亡,,,,118,Mitochondrial Apoptotic Pathway,119,1.3 Cell Apoptosis Mediated by Endoplasmic Reticulum,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在維持細(xì)胞內(nèi)鈣離子內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、膜蛋白的合成、修飾和折疊等方面有關(guān)鍵性作用。 Caspase-12 位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)凋亡所必須的。 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激導(dǎo)致Ca2+釋放進(jìn)入胞漿，激活Calpain（鈣激活的中性蛋白酶），水解并激活caspase-12 ，同時(shí)也導(dǎo)致caspase-7的激活，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。,120,121,Ask1 —— Apoptosis signal regulating kinase 1 NIK —— Nuclear factor-kappa B-inducing kinase IAP —— Apoptosis inhibitor IAP JNK —— c-Jun N-terminal kinase p90RSK —— 90kD Ribosomal protein S6 kinase FKHR —— Forkhead box protein O1A GSK3 —— Glycogen synthase kinase 3 APP —— Amyloid precursor protein AIF —— Apoptosis-inducing factor 1 FLIP —— CASP8 and FADD-like apoptosis regulator SMAC —— Second mitochondria-derived activator of caspase RAIDD —— Caspase and RIP adapter with death domain PIDD —— p53-induced protein with a death domain SIR2 —— NAD-dependent histone deacetylase HtrA2 —— Serine protease HTRA2 Calpain —— Calcium-activated neutral proteinase,122,2. Caspase-independent Cell Apoptosis,實(shí)驗(yàn)證明，caspase的抑制不能阻斷細(xì)胞凋亡的發(fā)生，表明細(xì)胞凋亡還以不依賴于caspase 的方式發(fā)生。 不依賴caspase的細(xì)胞凋亡涉及到Bax誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，也涉及到其他蛋白酶，如鈣蛋白酶、蛋白酶體及絲氨酸蛋白酶誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡。,123,絲氨酸蛋白酶與核酸內(nèi)切酶白細(xì)胞彈性蛋白酶抑制劑的細(xì)胞死亡途徑有關(guān)，這一途徑的關(guān)鍵分子是LEI（絲氨酸蛋白酶抑制劑）。 LEI在酸性pH或蛋白酶作用下，經(jīng)翻譯后水解加工，分子量降低，并伴隨著核酸內(nèi)切酶活性的出現(xiàn)，從而導(dǎo)致DNA的降解和細(xì)胞死亡。,124,Section 4 Cell Apoptosis and Diseases,125,The Diseases Associated with Apoptosis Regulation Abnormalities,126,復(fù) 習(xí)思 考 題,試敘述細(xì)胞周期的時(shí)相及其特征。 試敘述周期素及CDK的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)與功能。 試敘述細(xì)胞周期的調(diào)控機(jī)理。 細(xì)胞凋亡的形態(tài)及生化特征有哪些？ 試敘述細(xì)胞凋亡相關(guān)基因及其表達(dá)產(chǎn)物的作用機(jī)制。 試敘述細(xì)胞凋亡調(diào)控的主要通路。,