介导细胞凋亡的信号通路

第一讲：介导细胞凋亡的信号通路一、概念：细胞凋亡是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡。不是一件被动的过程，而是主动过程。即细胞程序性死亡（programmedcelldeath，PCD）细胞凋亡与坏死的区别★坏死（病理性）凋亡（生理性）生化特点被动，无新蛋白合成，不耗能主动，有新蛋白合成，耗能形态变化细胞结构溶解、破坏、细胞肿胀胞膜及细胞器相对完整细胞皱缩，核固缩炎症反应溶酶体破裂，炎症反应溶酶体完整，无炎症反应DNA电泳弥散性降解，电泳呈均一DNA片状DNA片段化（180-200bp），电泳呈“梯”状条带凋亡小体无有基因调控无有凋亡时细胞的形态学改变空泡化固缩出芽边集凋亡小体1、形态学特征：二、细胞凋亡的生物学特征2、生化特征：⑴胞浆内Ca2+浓度升高。⑵DNA内切酶活性被激活升高，双链DNA在核小体之间切断形成10~185bp为基数的有序片段。⑶Ⅱ型谷氨酰胺转移酶和需钙蛋白酶（Calpain）活性升高。细胞凋亡的生化改变DNA的片段化断裂蛋白质的降解典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳（呈现梯状条带）三、细胞凋亡的过程及机制•接受凋亡信号•凋亡调控分子间的相互作用•蛋白水解酶（caspases）的活化•凋亡的级联反应重点：介导细胞凋亡的信号通路机制信号通路（哺乳动物）受体介导的细胞凋亡途径传统信号介导线粒体介导其他介导途径线粒体在细胞凋亡中发挥着主开关的作用,被形象地称为细胞凋亡的“燃烧室”，也是细胞凋亡的又一“战场”。线粒体控制细胞死亡的证据•在细胞死亡前都有线粒体膜通透性改变•原凋亡效应物（proapoptoticeffectors）可作用于线粒体膜；•Bcl-2家族中抑制凋亡的成员能与线粒体膜蛋白产生交叉反应，而抑制细胞凋亡；•通过特异性药物抑制线粒体膜的通透性可阻止或延缓细胞死亡；•无细胞系统（cell-freesystem）已分离出一些线粒体蛋白，它们具有水解酶（如caspase和nuclease）活性。线粒体介导的细胞凋亡途径一、关键分子：cytc（细胞色素C）幻灯片25细胞色素C的释放是凋亡发生的关键事件，也是线粒体参与凋亡的主要方式★cytc释放的具体机制有两种途径：（一）、线粒体释放cytoc,受Bcl-2蛋白家族调控幻灯片321、Bcl-2、Bcxl与VDAC结合,通道关闭;（备注：VDAC是外膜离子通道，也是cytoc释放的通道）2、Bax、Bak能加速VDAC开放,cytc释放。线粒体外膜通透性增高胞质中出现CytC与细胞浆中成分作用激活caspases诱导细胞凋亡的发生如染色质浓缩和核碎裂细胞凋亡的两条通路：膜受体通路、线粒体通路3.P53与细胞凋亡（肿瘤抑制基因）P53的产物主要存在于细胞核内，在依赖P53蛋白的细胞凋亡中，P53基因是通过调节Bc1-2和Bax基因的表达来影响细胞凋亡的。P53蛋白能特异地抑制Bc1-2的表达，相反对Bax的表达则有明显的促进作用。研究表明，P53蛋白是Bax基因的直接的转录活化因子。在这些细胞中，P53蛋白的积累和活动引起了细胞凋亡。4、活性氧（ROS）的生成增加、Ca2+内流增加也以促进CytC的释放，从而导致细胞损伤。二、线粒体通透性转换孔(PTP)开放线粒体通透性转换孔(PTP)开放膜电位崩溃、外膜破裂内膜通透性增加线粒体基质膨胀外膜皱襞少，表面积小，易破裂释放膜间促凋亡蛋白诱导细胞凋亡三、线粒体介导的细胞凋亡的其他途径：1、γ射线或神经酰胺等，破坏线粒体内电子传递和能量代谢，细胞凋亡。2、释放DPF（deathpromotingfactor）即死亡促进因子。3、释放氧自由基4、线粒体膜渗透性改变，线粒体内高渗状态细胞骨架蛋白受压→凋亡一、死亡受体的信号途径•参与死亡受体信号转导的接头蛋白：（死亡结构域蛋白deathdomainprotein）•TRADD：TNF受体相关死亡结构域蛋白•TNF+TNFRI（死亡结构域）+TRADD—细胞凋亡•FADD：Fas相关死亡结构域蛋白•FasL+Fas（死亡结构域）+FADD—细胞凋亡•RIP：受体相互作用蛋白•CRADD：含有死亡结构域的caspase和RIP接头蛋白•MADD：活化MAP激酶的死亡结构域蛋白细胞凋亡的膜受体通路•FASL+FAS+FADD•凋亡诱导复合物（DISC）•胞质中游离的caspase8聚集到这个复合物上•细胞有足够caspase8细胞caspase8浓度不够•死亡受体活化，切割BidtBid从胞质到线粒体•细胞凋亡•CtyC释放二、传统传统信号介导的细胞凋亡1、G蛋白信号途径：2、cAMP信号途径：3、酶蛋白信号通路：4、Ca2+浓度与细胞凋亡：MitochondriainApoptosis四、其他途径：1、T细胞受体信号转导途径。2、粘附因子与细胞凋亡。3、活性氧与细胞凋亡。4、内质网介导的细胞凋亡。cytc是第一种被发现的线粒体释放促凋亡蛋白，是线粒体呼吸链的重要组成部分。正常情况下cytc是一个定位于线粒体膜间隙的水溶性蛋白，稳定地结合于线粒体内膜，不能通过外膜。幻灯片13备注：Bcl-2蛋白家族的三级结构分析显示,它们具有成孔道的结构域,Bcl2xl、Bcl-2、Bax、Bid等均可结合到人工膜上,形成离子通道。幻灯片151、Bcl-2如在线粒体外膜上高表达,一方面与Bid、Bax结合,抑制cytoc释放的正反馈机制;另一方面,它有“质子泵”的功能,使线粒体内呼吸产生的H+外泵至胞浆,维持跨膜电位ΔΨm,减少活性氧生成,抑制凋亡。幻灯片152、在细胞存活状态下,Bax以BH3结构域与Bcl-2及Bcl2xl的BH3结构域形成异质二聚体。当细胞内Bax类型的BH3结构域增多时,或注入单纯的BaxBH3结构域,或Bid、Bak、Bad等表达增多，都能使Bax从异二聚体中解离出来,从胞浆转位至线粒体外膜上,引起促凋亡因子（cytoc）释放。幻灯片15