分子生物学-6细胞凋亡
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细胞凋亡的原理
细胞凋亡是一种正常的细胞死亡过程,它在维持机体组织稳态和功能的平衡中起到重要作用。
细胞凋亡的原理涉及一系列复杂的信号传导机制。
细胞凋亡可以通过两种途径进行,即外源性或内源性途径。
在外源性途径中,细胞接受到外界环境的特定信号,如细胞因子、药物或细胞凋亡诱导信号,从而激活细胞凋亡途径。
而内源性途径则是由细胞内部的不适应因素或基因异常导致。
无论通过哪种途径,细胞凋亡一般包括两个主要的信号通路,即凋亡启动信号通路和凋亡执行信号通路。
在凋亡启动信号通路中,一些关键调节因子如凋亡诱导信号、受体激活和受体聚集等,会导致关键蛋白酶半活化,从而进一步激活凋亡执行信号通路。
凋亡执行信号通路是细胞凋亡的关键过程。
在这个通路中,蛋白酶家族主要包括半活化的半胱天冬酶样蛋白酶(caspase)
在内的一些酶类分子被激活,最终导致细胞核DNA和细胞膜
破坏,细胞发生明显的核浸润、胞质凝固和细胞外囊泡形成,最终细胞被分解为小颗粒,并很快被巨噬细胞摄取,防止了炎症反应的引发。
细胞凋亡的调控是一个复杂的过程,受到众多因素的影响。
一些调节因子如Bcl-2家族蛋白、p53蛋白和中性凋亡特异性酶-
1(ICE-1等)等,对细胞凋亡的调控起到至关重要的作用。
通过细胞凋亡的精确调控,机体可以保持组织的相对平衡,能
够清除老化、受损或异常细胞,同时也能够对病原体和恶性细胞做出反应。
细胞凋亡的分子机制——调节细胞凋亡的相关基因摘要:细胞死亡是生命过程中的一个组成部分,它有两种不同的方式,即坏死(necro sis) 和细胞凋亡(apop to sis) 。
近年来,随着分子生物学研究的进展,生物学家逐渐认识到细胞凋亡具有特殊的生物学意义,由此形成了新的研究热点。
本文介绍了细胞凋亡的分子机制,即细胞凋亡的基因调控,着重就细胞凋亡的相关基因及其作用作了综述。
关键词:基因细胞凋亡基因调节 1 细胞凋亡的基本问题1972 年,Kerr等首先用“细胞凋亡”这一术语描述了一种不同于坏死的”生理性细胞”死亡的方式,他们强调指出,细胞凋亡不是一种随机的过程,它具有严格的形态学特征。
细胞凋亡又称程序性细胞死亡(programmed cell death,PCD),但目前普遍认为,二者在概念上是有区别的,前者是形态学上的概念,后者是功能上的概念。
1.1细胞凋亡的形态学变化细胞凋亡的形态学是,细胞核浓缩,染色质密度增高并凝聚在核膜周边;细胞胞浆浓缩,细胞体积变小,内质网膨胀,形成膨胀小泡,线粒体和溶酶体等细胞器聚积,但结构无明显变化;随后,浓缩的细胞核内的染色质片断化,细胞膜逐渐内陷,将细胞分割为多个具有膜包裹的、可迅速被临近的实质细胞或巨噬细胞所吞噬的细胞凋亡小体。
细胞凋亡通常存在于单个细胞,巨噬细胞对它的吞噬以及凋亡细胞的迁移并不引起炎症反应,这是它区别于坏死的最重要的特征。
1.2细胞凋亡的生化改变细胞凋亡与细胞坏死在形态学上的区别是由于发生过程中分子机制不同而决定的。
实际上,细胞凋亡就是某些基因调控下的一系列生化活动,包括以下几个方面。
1.2.1核酸内切酶活化1980年,W yllie以糖皮质激素诱导新生大鼠胸腺细胞凋亡的体外实验模型,研究了细胞凋亡过程中内源性核酸内切酶活性的变化。
发现当细胞凋亡时,细胞核内的核酸内切酶活化,并将核内的DNA链切成缺口,使核内的DNA片断化,片断化后的DNA片在琼脂糖凝胶电泳上呈现特殊的梯状电泳图谱。
一、定性和定量研究只定性的研究方法:常规琼脂糖凝胶电泳、脉冲场倒转琼脂糖凝胶电泳、形态学观察(普通光学显微镜、透射电镜、荧光显微镜)进行定量或半定量的研究方法:各种流式细胞仪方法、原位末端标记法、 ELISA 定量琼脂糖凝胶电泳。
二、区分凋亡和坏死可将二者区分开的方法:琼脂糖凝胶电泳,形态学观察(透射电镜是是区分凋亡和坏死最可靠的方法), Hoechst33342/PI 双染色法流式细胞仪检测, AnnexinV/PI 双染色法流式细胞仪检测等。
不能将二者区分开的方法:原位末端标记法、PI 单染色法流式细胞仪检测等。
三、样品来源不同选择组织:主要用形态学方法 (HE 染色,透射电镜、石蜡包埋组织切片进行原位末端标记,ELISA 或将组织碾碎消化做琼脂糖凝胶电泳 ) 。
四、细胞凋亡检测1、早期检测 :1)PS(磷脂酰丝氨酸 ) 在细胞外膜上的检测2)细胞内氧化还原状态改变的检测3)细胞色素 C 的定位检测4)线粒体膜电位变化的检测2、晚期检测:细胞凋亡晚期中,核酸内切酶在核小体之间剪切核DNA,产生大量长度在180-200 bp 的DNA片段。
对于晚期检测通常有以下方法:1)TUNEL(末端脱氧核苷酸转移酶介导的dUTP缺口末端标记 )2)LM-PCRLadder ( 连接介导的 PCR检测 )3)Telemerase Detection ( 端粒酶检测 )3、生化检测:1)典型的生化特征:DNA片段化2)检测方法主要有:琼脂糖凝胶电泳、原位末端标记(TUNEL)等3) TUNEL(末端脱氧核苷酸转移酶介导的dUTP缺口末端标记)4)通过 DNA末端转移酶将带标记的dNTP (多为 dUTP)间接或直接接到DNA片段的 3’ -OH端,再通过酶联显色或荧光检测定量分析结果。
可做细胞悬液、福尔马林固定或石蜡处理的组织、细胞培养物等多种样本的检测。
4、 LM-PCRLadder ( 连接介导的PCR检测 )当凋亡细胞比例较小以及检测样品量很少(如活体组织切片)时,直接琼脂糖电泳可能观察不到核 DNA的变化。