细胞凋亡信号通路详细.ppt

生物信号转导 细胞凋亡信号通路细胞凋亡信号通路 2011.5 教教 学学 内内 容容 讲授讲授 合合 计计 1、生物信号转导概论、生物信号转导概论 6 6 2、受体及跨膜信号转换、受体及跨膜信号转换 4 4 3、G蛋白耦联的信号传递通路蛋白耦联的信号传递通路 4 4 4、细胞内的信使物质、细胞内的信使物质第二信使第二信使 4 4 5、蛋白激酶和蛋白磷酸酶、蛋白激酶和蛋白磷酸酶 2 2 6、细胞周期调控信号途径、细胞周期调控信号途径 2 2 7、细胞凋亡信号通路、细胞凋亡信号通路 4 4 8、细胞信号转导与癌症、细胞信号转导与癌症 4 4 9、植物生长发育的膜外调节信号转、植物生长发育的膜外调节信号转导机制导机制 2 2 10、细胞信号转导的研究方法、细胞信号转导的研究方法 2 2 合合 计计 34 34 生物信号转导主要教学内容生物信号转导主要教学内容 （1）Caspase蛋白蛋白 （2）线粒体凋亡通路）线粒体凋亡通路 （3）死亡受体介导的凋亡通路）死亡受体介导的凋亡通路 （4）p53蛋白蛋白 （5）Bcl-2家族蛋白家族蛋白 细胞凋亡的途径主要有两条细胞凋亡的途径主要有两条 一条是通过胞外信号激活细胞内的凋亡一条是通过胞外信号激活细胞内的凋亡酶酶caspase 一条是通过线粒体释放凋亡酶激活因子一条是通过线粒体释放凋亡酶激活因子激活激活caspase Caspase 家族家族与凋亡与凋亡 1、Caspase家族家族 Caspase属于半胱氨酸蛋白酶，相当于线虫中的属于半胱氨酸蛋白酶，相当于线虫中的ced-3，这些蛋白酶是，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，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：使细胞不可逆的走向死亡。它们均有以下特点：酶活性依赖于半胱氨酸残基的亲核性；酶活性依赖于半胱氨酸残基的亲核性；裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后的肽键，所以命名为裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后的肽键，所以命名为caspase（Cysteine aspartic acid specific protease），方便起见称之为凋亡酶；），方便起见称之为凋亡酶；都是由两大、两小亚基组成的都是由两大、两小亚基组成的异四聚体异四聚体，大、小亚基由同一基因编码，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。前体被切割后产生两个活性亚基。名称及其别名 底物 caspase-1（ICE）Pro-IL；pro-caspase 3，7 caspase-2（Nedd-2/ICH1）caspase-3（apopain/CPP32/Yama）PARP；SREBP；DFF；DNA-PK caspase-4（Tx/ICH2/ICE rel-II）caspase-5（ICE rel-III/TY）caspase-6（Mch2）Lamin A；keratin 18 caspase-7（ICE-LAP3/Mch3/CMH-1）PARP；pro-caspase 6；DFF caspase-8（FLICE/MACH/Mch5）caspase-9（ICE-LAP6/Mch6）caspase-10（Mch4/FLICE2）PARP caspase-11（ICH3）caspase 超家族成员及其相应底物超家族成员及其相应底物 启动者（启动者（initiator）：如）：如 caspase-8、9，受到信号后，能通受到信号后，能通过自剪接而激活，然后引起过自剪接而激活，然后引起 caspase 级联反应，如级联反应，如 caspase-8 可可依次激活依次激活 caspase-3、6、7。执行者（执行者（executioner或或effector）：如）：如caspase-3、6、7，它们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，但不能通过自催化或自剪接的方式激活；过自催化或自剪接的方式激活；细胞中还具有细胞中还具有 caspase 的的抑制因子抑制因子，称为，称为 IAPs（inhibitors of apoptosis proteins），属于一个庞大的蛋白家族。它们能通过），属于一个庞大的蛋白家族。它们能通过 BIR 结构域（结构域（baculovirus IAP repeats domain）与）与 caspase 结合，结合，抑制其活性，如抑制其活性，如XIAP。Bcl-2家族，结合抑制。家族，结合抑制。Caspase 自身以非活化的自身以非活化的 Procaspase存在，其激活依赖于其他的存在，其激活依赖于其他的 Caspase 在它的天冬氨酸位点裂解活化或自身活化。在它的天冬氨酸位点裂解活化或自身活化。Caspase-8自剪切活化自剪切活化，激活激活 Caspase-3，Caspase-7成为凋亡的执行者成为凋亡的执行者。Caspase-3 激活激活 Caspase-6。Caspase 可降解结构蛋白可降解结构蛋白、信号蛋白信号蛋白、转录调控蛋白转录调控蛋白、周期蛋白等等周期蛋白等等。Caspase 还还可降解可降解CAD的调节蛋白的调节蛋白，释放出释放出CAD，CAD进入细胞核降进入细胞核降 解解 DNA。CAD 为为caspase-activated Dnase（脱氧核苷酸酶脱氧核苷酸酶），存在于胞质中存在于胞质中。细胞色素释细胞色素释放引起的凋放引起的凋亡（线粒体亡（线粒体凋亡通路）凋亡通路）死亡受体凋亡通路死亡受体凋亡通路 fas 又称作又称作 APO-1，TNFR（肿瘤坏死因子肿瘤坏死因子受体）和受体）和 NGF 受体家族受体家族。1993 年人白细胞分型国际会议年人白细胞分型国际会议统一命名为统一命名为 CD95。Fas 蛋白蛋白（受体受体）与与 Fas 配体组成配体组成 Fas 系统系统，二者的二者的结合导致靶细胞走向凋亡结合导致靶细胞走向凋亡。Fas 具有三个富含半胱氨酸的胞外区具有三个富含半胱氨酸的胞外区和 一 个 称 为和 一 个 称 为 死 亡 结 构 域死 亡 结 构 域（Death domain，DD）的胞内区的胞内区。Fas 的配体的配体 FasL（Fas ligand）与与 Fas 结合后结合后，Fas 三聚化使胞内的三聚化使胞内的DD区构区构象 改 变象 改 变，然 后 与 接 头 蛋 白然 后 与 接 头 蛋 白 FADD（Fas-associated death domain）的的DD区结合区结合，而后而后 FADD 的的 N 端端 DED区区（death effector domain）就能与就能与Caspase-8（或或-10）前体蛋白结合前体蛋白结合，形成形成DISC(death-inducing signaling complex)，引起引起caspase-8、10通过自通过自身剪激活身剪激活，它们启动它们启动 caspase 的级联的级联反应反应，使使caspase-3、-6、-7激活激活，这这几种几种Caspase可降解胞内结构蛋白和功可降解胞内结构蛋白和功能蛋白能蛋白，最终导致细胞凋亡最终导致细胞凋亡。=TNF fas 又称作又称作 APO-1，属，属 TNF 肿瘤坏死因子肿瘤坏死因子受体和受体和 NGF 受体家族受体家族。1993 年人白细胞分型国际会议年人白细胞分型国际会议统一命名为统一命名为 CD95。Fas 蛋白蛋白（受体受体）与与 Fas 配体组成配体组成 Fas 系统系统，二者的二者的结合导致靶细胞走向凋亡结合导致靶细胞走向凋亡。Bcl-2 家族家族 Bcl-2是一种原癌基因是一种原癌基因，名称来源于名称来源于B细胞淋巴瘤细胞淋巴瘤/白血病白血病-2(B-cell lymphoma/Leukemia-2，bcl-2)。bcl-2 蛋白蛋白，是膜的整合蛋白是膜的整合蛋白，主要存在于线粒体外膜主要存在于线粒体外膜、核膜及部分内质核膜及部分内质网中网中。Bcl-2家族成员都含有家族成员都含有1-4个个Bcl-2同源结构域同源结构域（BH1-4），并且通常并且通常羧基羧基末端有一穿膜的结构域末端有一穿膜的结构域(transmembrane region，TM)。其中其中BH4是抗凋是抗凋亡蛋白所特有的结构域亡蛋白所特有的结构域，BH3是与促进凋亡有关的结构域是与促进凋亡有关的结构域。根据功能和结构可将根据功能和结构可将Bcl-2基因家族分为两类：基因家族分为两类：-抗凋亡的抗凋亡的（anti-apoptotic），如：如：Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-w、Mcl-1；-促进凋亡的促进凋亡的（pro-apoptotic），如：如：Bax、Bak、Bad、Bid、Bim，在在促凋亡蛋白中还有一类仅含促凋亡蛋白中还有一类仅含BH3结构结构，如如Bid、Bad、PUMA。基因产物 功 能 BCL-2 凋亡抑制剂，可和 Bax 及 Bak 结合 BCL-x 其 L 型抑制凋亡，S 型促进凋亡，与 Bax 及 Bak 结合 BCL-w 凋亡抑制剂 Bax 凋亡促进剂，可与 BCL-2，BCL-XL，EIB19K 结合 Bak 凋亡促进剂，亦可作抑制剂，可与 BCL-2，BCL-X 和 E1B19K 结合 MCL-1 凋亡抑制剂 Bad 凋亡促进剂，与 BCL-2 和 BCL-XL结合 Ced-9 线虫中的凋亡抑制剂，BCL-2 同源物 E1B19K 腺病毒凋亡抑制剂，与 Bax 和 Bak 结合 BCL-2家族成员家族成员 Bcl-2家族 引自Katja C.Zimmermann等2001 当当 Caspase8 活化后，它一方面作用活化后，它一方面作用 Procaspase3，另一方面使，另一方面使Bid 裂解裂解成成 2 个片个片段，其中段，其中含含 BH3 结构域的结构域的 C-端片段被运送端片段被运送到线粒体，与到线粒体，与 Bcl-2/Bax 的的 BH3 结构域形成结构域形成复合物，导致复合物，导致Cyt c释放释放。Cyt c 与胞质中与胞质中Ced4 同源物同源物 Apaf-1（凋亡蛋白酶活化因子（凋亡蛋白酶活化因子apoptosis protease activating factor）结合并）结合并活活Apaf-1，活化的，活化的 Apaf-1 再活化再活化Procaspase9，最后引起细胞凋亡，最后引起细胞凋亡。p53 p53 是一种抑癌基因，其生物学功能是在是一种抑癌基因，其生物学功能是在G期监视期监视DNA的完整性。如有损伤，则抑制细胞增殖，直到的完整性。如有损伤，则抑制细胞增殖，直到DNA修复完成。如果修复完成。如果DNA不能被修复，则诱导其不能被修复，则诱导其调亡。调亡。在依赖在依赖P53蛋白的细胞凋亡中，蛋白的细胞凋亡中，P53蛋白能特异地抑蛋白能特异地抑制制 Bcl-2 的表达，但对的表达，但对 Bax 的表达则有明显的促进的表达则有明显的促进作用。在这些细胞中，作用。在这些细胞中，P53蛋白的积累和活动引起蛋白的积累和活动引起了细胞凋亡。了细胞凋亡。本章完 学习报告 以以细胞凋亡通路为主要内容细胞凋亡通路为主要内容；内容不要求深度广度，只要说明某个问题内容不要求深度广度，只要说明某个问题/专题即专题即可；可；建议内容来源于科研文献。建议内容来源于科研文献。学习笔记请标清楚日期、主题、关键词和参考文学习笔记请标清楚日期、主题、关键词和参考文献。献。讲述自然精炼讲述自然精炼，能提出问题，也能回答问题；，能提出问题，也能回答问题；每人每人10min叙述回答问题。叙述回答问题。学习报告内容及提问与答问记录、学习笔记作为学习报告内容及提问与答问记录、学习笔记作为成绩评分依据。成绩评分依据。作业 1、阅读、阅读p53信号转导图，用文字表述信号转导图，用文字表述图中图中所有所有信息。信息。2、自行查找一幅信号转导图（打印、自行查找一幅信号转导图（打印附在作业纸上），表述图中附在作业纸上），表述图中主要主