The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2002 ---- for their discoveries concerning

programmed cell death

醫學一 A 第二組 組長：林語涵

組員：江佳玟、余庭瑋

唐君豪、夏正杰

徐國原、張家福

Sydney Brenner約與 Crick 同一年代

DNA→RNA→ 蛋白質

以線蟲做為新的生物模型

圖片來源 http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2002/brenner-autobio.html

H. Robert Horvitz

發現了線蟲中控制細胞死亡的關鍵基因

揭示了這些基因怎樣在細胞死亡過程中相互作用

證實了人體內也存在相應的基因

圖片來源 http://www.people.com.cn/.htmlBIG5/kejiao/230/9142/9143/20021008/837000

John E. Sulston人類基因圖譜之父細胞分化時會經歷一種“程序性細胞死亡”的過程

確認在細胞死亡過程中控制基因的最初變化情況

圖片來源 http://en.wikipedia.org/wiki/John_E._Sulston

線蟲 Caenorhabditis elegans幼蟲 1094 個細胞→成蟲 959 個細胞生活周期短容易養，體積小，可作大量的操作

全身透明

圖片來源 http://memo.cgu.edu.tw/chuck/popular-sci/%E7%B7%9A%E8%9F%B2%E4%B9%8B%E6%AD%BB%E7%B5%A6%E9%86%AB%E7%99%82%E7%9A%84%E5%95%9F%E7%A4%BA-2002%E8%AB%BE%E8%B2%9D%E7%88%BE%E9%86%AB%E5%AD%B8%E7%8D%8E.htm

INTRODUCTION

httpimages.google.com.twimageshl=zhTW&num=10&lr=&cr=&safe=images&q=%E7%B6%AD%E4%B8%98%20virchow&um=1&ie=UTF8&sa=N&tab=wi

Necrosis!Necrobiosis!

Apoptosis 正式出現 !

區別點 細胞凋亡 細胞壞死 起因 生理或病理性 病理性變化或劇烈損

傷 範圍 單個散在細胞 大片組織或成群細胞 細胞膜 保持完整，一直

到形成凋亡小體 破損

染色質 凝聚在核膜下呈半月狀

呈絮狀

細胞器 無明顯變化 腫脹、內質網崩解 細胞體積

固縮變小 腫脹變大

區別點 細胞凋亡 細胞壞死 凋亡小體

有，被鄰近細胞或巨噬細胞吞噬

無，細胞自溶，殘餘碎片被巨噬細胞吞噬

基因組 DNA

有控降解，電泳圖譜呈梯狀

隨機降解，電泳圖譜呈塗抹狀

蛋白質合成

有 無

調節過程

受基因調控 被動進行

炎症反應

無，不釋放細胞內容物

有，釋放內容物。

凋亡時細胞的主要變化

細胞凋亡的型態學變化細胞膜空泡化

(blebbing) 細胞固縮

(condensation)

圖片來源 :

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Apoptosis-zh.png

細胞凋亡的型態學變化染色質邊聚(margination)與中聚 (centronation)

圖片來源 :http://www.answers.com/topic/apoptosis

細胞凋亡的型態學變化

形成凋亡小體(apoptotic body)

圖片來源 :http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Apoptosis-zh.png

細胞凋亡的型態學變化

凋亡小體被巨噬細胞吞噬

圖片來源 :http://users.wfu.edu/urdaaj4/Cell/index.htm

細胞凋亡的生化學變化細胞膜上的磷脂質發出訊號通知周圍細胞 內切酶 (endonuclease ) 的活化 DNA 的片段化 粒線體的變化 凋亡蛋白酵素 (caspase) 的活化

胞內 Ca+ 濃度上升

電泳梯狀條帶

磷脂絲胺酸 PS(Phosphatidylserine)

Apoptosis 分兩階段 分別為 initiation phase 及 execution phase

Initiation phase分成兩種路徑： The Extrinsic (Death Receptor-Initiated) Pathway The Intrinsic (Mitochondrial) Pathway

Apoptotic signalling from the death receptors

有名受器： CD95 (or Fas) ， TNFR1 (TNF receptor-1)

Signaling by Fas (CD95)

FADD : Fas-associated death domain

DD : death domain

DED : death effector domain

TNF receptor signalling

TNFR1:Tumour Necrosis Factor Receptor-1

TRADD:TNFR-associated death domain

TRAF2:TNF-associated factor2

NF-KB 或 AP-1 引發發炎反應

FLIP :FADD-like ICE inhibitory protein

Bcl-2 Family

(D)arrow ： apoptotic bodies

By Phil Dash, University of London

： surface of the mitochondria

： act as sensors in cytosol

Cell stress

free radical damage

growth factor

deprivation

By Phil Dash, University of

London

Mitochondria also play an important role in amplifying the apoptotic signaling from the death receptors

1. Permeability Transition pore

( PT pore)

2. the release of cytochrome C and other pro-apoptotic molecules

3. Apoptosome formation&activation

By Phil Dash, University of London

(apoptotic protease activating

factor-1)

1.Caspase

cascade

2.initiator

caspase

(8 or 10)

3.effector

caspases

(3 and 6) R. Chris Bleackley and Jeffrey A. Heibein 2001

Caspases and chromatin breakdown

Caspases and chromatin breakdown

1.Inactivation of enzymes involved in DNA repair

PARP, poly (ADP-ribose) polymerase, an important DNA repair enzyme

One of the first proteins identified as a substrate for caspases

Caspase-3 cleavage PARP

Caspases and chromatin breakdown

2. Breakdown of structural nuclear proteins

Lamins are intra-nuclear proteins Maintain the shape of the nucleus

and mediate interactions between chromatin and the nuclear membrane

Degraded by caspase-6

Caspases and chromatin breakdown

3. Fragmentation of DNA CAD, caspase activated DNase, fragment

DNA into nucleosomal units Normally inactivated by ICAD (inhibitor of

CAD) Cleaved by caspase-3 to release CAD

caspase-8 There are two 70aa-long domains in N’

terminal, conserved from DED (death effector domain) in FADD.

Two DED aggregate when inactive. Combine with the DED of FADD to

activate. Cleavage PARP, self-activated, activate

other caspase such as caspase-3.

Apoptosis Review

• 三位得獎者與線蟲研究

• apoptosis & necrosis• 形態學與生化學變化

blebbing → condensation → buding →margination →apoptosis body

PS 反轉， caspase 活化， endonuclease 活化， DNA fragmentation

• 膜相關路徑 ex:CD95 、 TNFR1等受器• 粒線體相關路徑 ex:Bcl-2 family• caspase 簡介 &chromatin breakdown• 應用 自體免疫疾病、癌症治療 ex:smac 的發現