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内质网主导的细胞凋亡
1.
细胞凋亡的概念
2.
细胞凋亡的分类
2.1
细胞凋亡的内部线粒体途径
2.2
细胞凋亡的内部内质网途径
2.3
细胞凋亡的外部死亡受体途径
1.
细胞凋亡的概念
细胞凋亡是指机体在生理或病理条件下,
为了维持自身内环境的稳态,
通过基因调控使细胞产生主动、
有序的死亡;同时伴随着一系列形态和生
化方面的变化,包括核固缩、
DNA
片段化、细胞膜重塑和起泡
、
细胞皱缩、形成凋亡小体等,最后凋亡的细胞被巨噬细胞吞噬而消亡。细胞凋亡是细胞
为了更好地适应其
内外环境而引发的死亡过程,它是一种正常的细胞死亡,涉及一系列基
因的激活、表达及调控等。在细胞
凋亡整个过程中,质膜保持完整,细胞无内容物外溢,
不引起炎症反应。
2.
细胞凋亡的分类
凋亡发生的途径分为
内源性线粒体途径、内源性内质网途径、外源性死亡受体<
/p>
途径;或者某些条件下
的
granzym
e B
介导的凋亡过程。
2.1
细胞凋亡的内部线粒体途径
细胞凋亡的内部线粒体途径:当细胞受到内部凋亡刺激因子作用,如癌基因的活化
DNA
损伤、细胞
缺氧、细胞生长因子缺失等
,可激活细胞内部线粒体凋亡途径,引起细胞凋亡;内部线粒体凋亡途径也可
以被死亡配
体所激活。在该途径中,
Bcl-2
家族蛋白通过调节膜电位从
而控制线粒体外膜通透性。
2.1.1Bcl-2
家族
Bcl-2
家族蛋白是控制线粒体相关的凋亡因子释放的主要调节因子。
根据它们在细胞凋亡中的作用可分
为两类:促凋亡蛋白和抗凋亡
蛋白,其中促凋亡蛋白还可以分为具有
BH1-3
结构域的蛋白
和只具有
BH3
结构域的蛋白。促凋亡蛋白成员中的
Bak
以及抗凋亡蛋白成员如
Bcl-2
,
Bcl-xL
等主要存在于线粒体膜上;
p>
其他成员如
Bid
、
Bad
主要存在于胞质中。
Bax
一
般存在于胞质中,当接收到凋亡信号时,
Bax
重新定位于
p>
线粒体表面,在线粒体表面构成跨线粒体膜的孔,导致膜电位降低,膜通透性增加,从而释放
凋亡因子。
目前关于
Bax
、
Bak
的激活方式,存在两种假说:直接激活
模式和间接激活模式。间接激活模式:在
一般情况下,
Bax<
/p>
、
Bak
的活性是被抗凋亡蛋白所抑制的
。当
BH3-only
的家族成员接收到凋亡信号后,抑
制抗凋亡蛋白的活性,从而间接激活
Bax
、
Bak
的活性。
直接激活模式:
BH3-only<
/p>
蛋白分为激活蛋白和激敏蛋白。未接受凋亡信号的激活蛋白和抗凋亡蛋白结
合抑制激活蛋白激活
Bax
、
Bak
,当接收到凋亡信号时,激敏蛋白与抗凋亡蛋白相结合释放出激活蛋白,激
活蛋白直接激活
Bax
、
Bak
的活性。
总之,
Bcl-2
家族蛋白在细胞凋亡过程中由其促
凋亡成员和抗凋亡成员之间的协同作用,
通过线粒体途
径共同决
定细胞是否进入凋亡程序。
2.1.2
线粒体介导的凋亡过程
<
/p>
当线粒体的膜电位下降,线粒体膜通透性增加,线粒体内促凋亡因子(例如:
Cyt C
、
AIF
、
p>
SMAC/DIABLO
、
HTRA2/O
MI
、
ENDOG
)释放到胞质中。<
/p>
Cyt
C
释放到胞内以后,与
Apaf-1
相互作用,在
ATP
和
dATP
的协助下形成凋亡复合体,凋亡复合体
通过招募并激活
Pro-Caspase9
,形成
Caspase9
全酶。
Caspase9
全酶进一步激活效应
Caspase3
和
Caspase7
,
启动
Caspase
级联反应,
切割细胞中如
< br>α
-tubulin
、
Acti
n
、
PARPA
、
Lamin
等超过
100
种的底物
,最终导致细胞凋亡。
凋亡抑制蛋
白(
IAPs
)可以抑制
Caspas
e3
、
Caspase7
激活,从而抑
制细胞凋亡。
SMAC/DIABLO
、
HTRA2/OMI
从线粒体释放到胞内后与
IAPs
结合后,解除
IAPs
的抑制作用从而间接促
进凋亡。
随着线粒体膜电位的改变,释放到胞内的还有
AIF
、
ENDOG
。随后
AIF
、
ENDOG
会被转运至细胞核。
AIF
、
ENDOG
引起细胞核中的染色体凝聚和
DNA
片段化,从而导致细胞凋亡。
线粒体介导的凋亡
2.2
细胞凋亡的内部内质网途径
<
/p>
内质网是蛋白质合成的主要加工厂,也是
Ca
2+
重要的储存库。因此,内质网在维持细胞
Ca
2+
离子的稳
定、蛋白的合成、加工中起到关键
性作用。内质网腔内
Ca
2+
离子失衡
、错误折叠或未折叠蛋白增多,则会
引起内质网的应激反应
(<
/p>
endoplasmic reticulum stress
,
ERS
)
。
内
质网应激反应可减少细胞中蛋白质的合成、
增加蛋白正确折叠、维持
Ca
2+
稳态,但过度的应激反应会触动细胞内的凋亡信号
,促使细胞凋亡。
2.2
未正确折叠蛋白介导的细胞凋亡
在真核生物体内,为正确折叠蛋白反应
(unfolded
protein response
,
UPR)
是细胞对抗内质网应激的一种
重要的自我保护机制。当细胞中出现长时间或高强
度的
UPR
时,三种内质网上的跨膜蛋白
PERK
、
IREI
、
ATF6
在发挥修复作用的同时,也可以同时启动由
ERS
介导的三种细胞凋亡途径。
2.2.1.1PERK
信号通路
<
/p>
PERK
是分布于内质网膜上的一种蛋白激酶。当蛋白正常折叠时
,其与分子伴侣如
BIP/GRP78
相结合
< br>形成稳定的复合物;
当有蛋白未正常折叠时,
未正确折叠
的蛋白与
BIP/GRP78
相结合,
竞争性干扰
Bip
/
Grp78
p>
与
PERK
的相互作用。释放的
PERK
通过低聚化和反向自身磷酸化的方式被活化,活化的
PERK
可以使翻
译起始因子
2
的α亚单位(
eIF-
2α
)磷酸化。在应激反应的早期磷酸化的
eIF2α
抑制蛋白质的翻译与合成,
减轻内质网中蛋白折叠的负荷量,从而对细胞起到保护作
用;随着应激反应时间和强度的增加,磷酸化的
eIF-
2α<
/p>
诱导激活转录因子
ATF4
的转录表达,
ATF4
可以促进凋亡信号分子
CHO
P/ GADD153
的表达,
进而
促
进细胞凋亡。
2.2.1.2IREI
信号通路
<
/p>
IREI
是分布于内质网膜上的另一种蛋白激酶。该信号通路的激
活方式与
PERK
的激活方式相同。当未
正常折叠蛋白在内质网中累积时,
IREI
-BIP/GRP
78
复合物解离,释放的
IREI
寡聚
化和反向自身磷酸化后被
激活;激活的
IREI
可以传导细胞存活信号和细胞凋亡信号。在凋亡的过程中,激活的
IRE1
p>
招募胞浆调节
蛋白
TRAF-2
,间接招募和激活
c
—
J
un N
端激酶,激活的
c
—
Jun N
端激酶通过磷酸化抑制
Bcl-2<
/p>
家族中抑
制凋亡蛋白的活性,
促进蛋白凋
亡;
另一方面激活的
TRAF-2
同时
激活
Caspase12
,
启动
Caspase
级联反应,
介导细胞凋亡;此
外
IRE1
还具有核糖核酸酶活性,切割
XBP1mRNA
,促进
XBP1mRNA
< br>成熟,增强分子
伴侣蛋白和
CHO
的转录表达,从而促进细胞凋亡。
2.2.1.3ATF6
信号通路
<
/p>
ATF6
是内质网膜上的
II
型跨膜蛋白。
ATF6
的
N
端胞内区域包含了
b-ZIP
的
p>
DNA
转录激活域和核定
位信号。
在非应激状态下,
以酶原的形式分布于内质网膜上。
当在内质网应激状态下,
ATF6
以囊泡的方式
向高尔基体转移。在高尔基体中被
S1P
和
p>
S2P
剪切激活,然后再核定位信号的牵引下迁移至细胞核,在细<
/p>
胞核中诱导包括
CHOP/
GADD153
在内的内质网应激基因的转录表达。
PERK
、
IRE1
、
ATF6
三条信号通路均可
对诱导产生
CHOP/GADD153
,
CHOP/GADD153
的激活是内质
网应激反应的直接结
果,
CHOP/GADD153
在生长停止和细胞死亡中起到重
要作用。
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