病毒学7病毒感染与细胞凋亡

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1、,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,病毒感染与细胞凋亡,微生物教研组,郑方亮,细胞凋亡的含义,多细胞生物的一种生理性细胞死亡的过程；,凋亡过程中，细胞的形态变化是特有的；,凋亡过程中需要基因表达和蛋白质合成，特别是酶的合成。,概念：是由一系列基因控制并受复,杂信号调节的细胞自然死亡,的现象。,细胞凋亡和细胞程序性死亡,从严格的词学意义上来说，细胞程序性死亡与细胞凋亡是有很大区别的。,细胞程序性死亡的概念是个功能性概念，描述在一个多细胞生物体中某些细胞死亡是个体发育中的一个预定的，并受到严格程序控制的正常组成部分。,细胞凋亡则是一个形态学的概

2、念，描述一件有着一整套形态学特征的与坏死完全不同的细胞死亡形式。,一般认为凋亡和程序性死亡两个概念可以交互使用，具有同等意义。,凋亡形态特征,Apoptosis,“,叶子凋落,”,左，正常胸腺细胞；右，凋亡胸腺细胞,凋亡形态特征,坏死,细胞凋亡,受累范围,多为连续的大片细胞,多为单个细胞,细胞膜,完整性受到破坏,仍保持完整性,细胞体积,增大、细胞肿胀,减小、固缩 固缩性坏死,核染色质,散在的小集聚，呈絮状,积聚在核膜下，呈半月状,细胞器,肿胀，尤以内质网明显崩解,仍保持完整，未崩解,溶酶体,破坏，酶外溢,保持完整，酶不外溢,后期,细胞破裂、溶解、残屑被巨噬细胞吞噬,细胞胞浆裂解成许多碎片（凋亡

3、小体），被邻近细胞或巨噬细胞吞噬,炎症反应,引起周围组织炎症反应,不引起周围组织炎症反应,分子生物学机制,细胞程序性死亡是细胞之间信号传导的结果之一。环境和发育的刺激通过配体和受体之间的相互作用传递到胞内，即配体携带的信号通过与穿膜细胞受体胞外区域的结合反应到受体的胞内区域，完成信号由胞外到胞质的传递，然后开始胞内一系列蛋白质与蛋白质之间的复杂作用，最后导致凋亡的发生。,凋亡的过程,信号传递阶段,死亡信号的探测,胞外信号（配体与受体的特异结合）,胞内信号（毒素、射线引起的损伤或病毒感染）,下游死亡机制的传递,效应阶段,Caspase,的激活最终造成细胞死亡。,凋亡信号转导系统特点,多样性：不同

4、种类的细胞系统不同,偶联性：与增殖分化的信号系统交叉偶联,同一性：多因素，共用同一系统触发,多途性：同一诱导因素启动多条信号转导,途径,凋亡的激活途径,Fas,介导的细胞凋亡,线粒体参与的细胞凋亡,Fas,介导的细胞凋亡,富含半胱氨酸,死亡结构域,death,effector,domain,线粒体参与的细胞凋亡,BID,Caspase,可激活名叫,CAD,（,caspase,-activated,Dnase,）的核酸酶，,CAD,能在核小体的连接区将其切断，形成约为,200bp,整数倍的核酸片段。正常情况下,CAD,存在于胞质中，并且与抑制因子,ICAD/DFF-45,蛋白结合，不能进入细胞核

5、。,Caspase,活化后可以降解,ICAD/DFF-45,，释放出,CAD,，使它进入细胞核降解,DNA,。,Caspase,可直接破坏细胞结构，如裂解核纤层，核纤层（,Lamina,）是由核纤层蛋白通过聚合作用而连成头尾相接的多聚体，由此形成核膜的骨架结构，使染色质（,chromatin,）得以形成并进行正常的排列。在细胞发生凋亡时，核纤层蛋白作为底物被,Caspase,在一个近中部的固定部位所裂解，从而使核纤层蛋白崩解，导致细胞染色质的固缩。,Caspase,可作用于几种与细胞骨架调节有关的酶或蛋白，改变细胞结构。除此之外，,Caspase,还能灭活或下调与,DNA,修复有关的酶、,mR

6、NA,剪切蛋白和,DNA,交联蛋白。,效应阶段,吞噬,凋亡相关的基因和蛋白,细胞凋亡的调控涉及许多基因，包括一些与细胞增殖有关的原癌基因和抑癌基因。其中研究较多的有,ICE,、,Apaf-1,、,Bcl-2,、,Fas/APO-1,、,c-myc,、,p53,、,ATM,等。,Caspase,家族,Caspase,属于半胱氨酸蛋白酶，这些蛋白酶是引起细胞凋亡的关键酶，一旦被信号途径激活，能将细胞内的蛋白质降解，使细胞不可逆的走向死亡。它们均有以下,特点：,活性中心富含半胱氨酸,；,对底物天冬氨酸部位有特异水解作用,，所以命名为,caspase,（,c,ysteine,-containing,a

7、,spartate-,s,picific,p,rote,ase,），方便起见本文称之为凋亡酶；都是由两大、两小亚基组成的异四聚体，大、小亚基由同一基因编码，前体被切割后产生两个活性亚基。,分为两类：一类为执行者（,executioner,或,effector,），如,caspase-3,、,6,、,7,，它们可直接降解胞内的结构蛋白和功能蛋白，引起凋亡，但不能通过自催化（,autocatalytic,）或自剪接的方式激活；另一类为启动者（,initiator,），如,caspase-8,、,9,，收到信号后，能通过自剪接而激活，然后引起,caspase,级联反应，如,caspase-8,可依次

8、激活,caspase-3,、,6,、,7,Apaf-1,Apaf-1,被称为凋亡酶激活因子,-1,（,apoptotic protease activating factor-1,），在线粒体参与的凋亡途径中具有重要作用，该基因敲除后，小鼠神经细胞过多，脑畸形发育。,Apaf-1,含有,3,个不同的结构域：,CARD,（,caspase,recruitment domain,）结构域，能召集,caspase-9,；,ced-4,同源结构域，能结合,ATP/,dATP,；,C,端结构域，含有色氨酸,/,天冬氨酸重复序列，当细胞色素,c,结合到这一区域后，能引起,Apaf-1,多聚化而激活。,Ap

9、af-1,具有激活,Caspase-3,的作用，而这一过程又需要细胞色素,c,和,caspase-9,参与。,Apaf-1/,细胞色素,c,复合体与,ATP/,dATP,结合后，,Apaf-1,就可以通过其,CARD,结构域召集,caspase-9,，形成凋亡体（,apoptosome,），激活,caspase-3,，启动,caspase,级联反应。,Bcl-2,家族,Bcl-2,为凋亡抑制基因，是膜的整合蛋白。它们在线粒体参与的凋亡途径中起调控作用，能控制线粒体中细胞色素,c,等凋亡因子的释放。,Bcl-2,家族成员都含有,1-4,个,Bcl-2,同源结构域（,BH1-4,），并且通常有一个

10、羧端跨膜结构域,(,transmembrane,region,TM),。其中,BH4,是抗凋亡蛋白所特有的结构域，,BH3,是与促进凋亡有关的结构域。根据功能和结构可将,Bcl-2,基因家族分为两类，一类是抗凋亡的（,anti-apoptotic,），如：,Bcl-2,、,Bcl,-xl,、,Bcl-w,、,Mcl-1,；一类是促进凋亡的（,pro-apoptotic,），如：,Bax,、,Bak,、,Bad,、,Bid,、,Bim,，在促凋亡蛋白中还有一类仅含,BH3,结构，如,Bid,、,Bad,。,虽然,Bcl-2,蛋白存在于线粒体膜、内质网膜以及外核膜上，但主要定位于线粒体外膜，它拮抗

11、促凋亡蛋白的功能。,Fas,Fas,又称作,APO-1/CD95,，属,TNF,受体家族。,Fas,基因编码产物为分子量,45KD,的跨膜蛋白，分布于胸腺细胞，激活的,T,和,B,淋巴细胞，巨噬细胞，肝、脾、肺、心、脑、肠、睾丸和卵巢细胞等。,Fas,蛋白与,Fas,配体结合后，会激活,caspase,，导致靶细胞走向凋亡。,p53,一种抑癌基因，其生物学功能是在,G,期监视,DNA,的完整性。如有损伤，则抑制细胞增殖，直到,DNA,修复完成。如果,DNA,不能被修复，则诱导其调亡，研究发现丧失,p53,功能的小鼠胸腺细胞对糖皮质激素诱导的调亡反应和正常细胞相同，而对辐射诱导的调亡不敏感。,C

12、-,myc,在许多人类恶性肿瘤细胞中都发现有,c-myc,的过度表达，它能促进细胞增殖、抑制分化。在凋亡细胞中,c-myc,也是高表达，作为转录调控因子，一方面它能激活那些控制细胞增殖的基因，另一方面也激活促进细胞凋亡的基因，给细胞两种选择：增殖或凋亡。当生长因子存在，,Bcl-2,基因表达时，促进细胞增殖，反之细胞凋亡。,ATM,ATM,（,ataxia,telangiectasia,-mutated gene,）是与,DNA,损伤检验有关的一个重要基因。正常细胞经放射处理后，,DNA,损伤会激活修复机制，如,DNA,不能修复则诱导细胞凋亡。,ATM,是,DNA,损伤检验点的一个重要的蛋白激

13、酶,细胞凋亡的检测方法,形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察,DNA,电泳：,DNA,片段就呈现出梯状条带,TUNEL,测定法，即,DNA,断裂的原位末端标记法,彗星电泳法（,comet assay,）,流式细胞分析,DNA,电泳鉴定,+,坏死,凋亡,细胞色素,c,诱导的凋亡细胞,DNA,电泳图,1,细胞色素,c,诱导,0 h,2,细胞色素,c,诱导,1 h,3,细胞色素,c,诱导,2 h,4,细胞色素,c,诱导,3 h,5,细胞色素,c,诱导,4 h,6,阴性对照,7,Marker,（,自赵允、翟中和）,细胞凋亡的意义,确保正常发育生长：清除多余的细胞,维持内环境稳定：清除受损、突变、衰老的细胞,积极防御功能：对病毒感染细胞阻止 复制,凋亡的重要性,正常情况下，凋亡在脊椎动物和无脊椎动物中扮演着重要的角色。凋亡使细胞死亡时仍保持细胞完整性，以此避免胞内物质的渗漏和由此引起的炎症反应。因此凋亡在正常组织细胞的更换、发育及免疫系统中起到了重要作用。,病毒感染与细胞凋亡的关系,病毒感染促进细胞凋亡,病毒感染抑制细胞凋亡,流感病毒诱导的细胞凋亡,NS1,转录后调控子,