一个新的细胞死亡形式:Parthanatos

Parthanatos是发生在中风、帕金森氏病、心力衰竭、糖尿病以及缺血再灌注损伤等疾病中的一种细胞死亡。该死亡是由兴奋性中毒引起的DNA损伤,进一步导致PARP-1激活而引发的细胞死亡,又称为PARP-1依赖性细胞死亡。目前关于Parthanatos的研究还处于初期阶段,对其信号通路的分子机制说法还不统一。文章就Parthanatos分子机制的研究进展进行了综述。     

凋亡诱导因子与细胞凋亡

凋亡诱导因子 (apoptosisinducefactor,AIF)是定位于线粒体膜间隙中的一种氧化还原酶 ,含有线粒体定位信号和核定位信号序列 ,具有很强的促凋亡活性 ,在类胚体成腔和胚胎早期分化过程中具有重要作用。在死亡信号或细胞胁迫的刺激下 ,线粒体通透性转变孔开放 ,释放AIF及细胞色素c至细胞质溶质中 ,具有核定位信号序列的AIF便进入细胞核内 ,引起染色质的初步凝集和DNA大规模断片化 (约 5 0kb) ,进而引发不依赖于胱冬肽酶的细胞凋亡途径 ;线粒体膜间隙释放出来的细胞色素c则可引起染色质的进一步凝集和DNA的寡核小体断片化 ,从而引发依赖于胱冬肽酶的细胞凋亡途径 ;与此同时 ,从线粒体膜间隙释放出来的AIF又可反馈放大线粒体通透性转变孔的渗透性 ,引起AIF与细胞色素c的进一步释放从而加快细胞死亡的进程。此外 ,细胞胁迫还可激活由多聚 (ADP 核糖 )聚合酶 1(PARP 1)所引发的细胞凋亡途径 ,通过AIF和细胞色素c引发细胞凋亡。最新研究结果表明 ,AIF同源线粒体关联死亡诱导者 (AIF homologousmitochondria associatedinducerofdeath ,AMID)与p5 3应答基因的编码产物 (p5 3 responsivegene 3,PRG3)均为AIF的同源蛋白质 ,可直接诱导人类细胞的凋亡。线虫的凋亡诱导因子WAH 1所诱导的细胞凋亡途径依赖于胱冬肽酶     

PARP-1、AIF在大鼠脊髓损伤后细胞凋亡中的作用

目的探讨聚腺苷二磷酸核糖聚合酶-1(PARP-1)、凋亡诱导因子(AIF)在大鼠脊髓损伤后细胞凋亡中的作用。方法脊髓损伤模型以Allen’s法制备。成年健康SD大鼠随机分为损伤组、PARP-1抑制剂组和假手术组。每组再分1d、3d、7d、14d时间点。苏木精-伊红(HE)染色观察脊髓组织形态学变化;用免疫组织化学方法检测各组各时间点PARP-1、AIF的表达变化;原位末端脱氧核糖核酸转移酶介导dUTP标记法(TUNEL)检测细胞的凋亡水平。结果 HE染色结果显示,与假手术组相比,损伤组脊髓结构破坏明显,大量炎性细胞浸润,许多神经元变性坏死;抑制剂组与损伤组比较,脊髓损伤程度减轻,存活神经元较多。免疫组化结果显示,与假手术组相比,术后1~14d损伤组脊髓PARP-1、AIF表达明显增强(P0.57),且于3d达高峰(P0.05);与损伤组相比,抑制剂组各时间点脊髓PARP-1、AIF阳性表达均显著降低(P0.05)。TUNEL结果显示,与假手术组比较,损伤组阳性细胞凋亡率明显升高,且在损伤后3d最高(均P0.05);而抑制剂组各时间点细胞凋亡率均明显低于损伤组,但高于假手术组(均P0.05)。结论大鼠脊髓损伤后存在PARP-1、AIF介导的细胞凋亡,二者在损伤后细胞凋亡的早期可能起重要作用。     

AIF及AIF依赖的细胞凋亡

AIF是一种线粒体蛋白,具有氧化还原酶和诱导细胞凋亡两种活性。AIF从线粒体到细胞核的转位足以介导体外细胞凋亡的发生,而且是以非caspases依赖的方式进行的。AIF的诱导凋亡活性是小鼠胚胎形态发生过程中类胚体成腔所必需的,也参与了神经细胞的细胞凋亡。真菌、线虫等的细胞凋亡也有AIF同源分子的参与。因此,AIF介导的细胞凋亡代表了独立于caspase信号通路之外的另一条更原始、更保守、更普遍的凋亡途径。     

凋亡诱导因子是线粒体内介导核凋亡的最主要蛋白质之一

凋亡诱导因子（apoptosis-inducing factor, AIF）基因定位于X染色体上,其编码产物是一种可直接介导细胞核凋亡的效应分子. 鼠AIF前体蛋白在胞浆中合成后,通过其N端的线粒体定位信号（MLS）有效地穿入线粒体膜间隙,然后在102位甘氨酸处水解掉MLS,其余部分再与黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）结合,并重新折叠成为具有促凋亡潜能的成熟AIF分子,分子质量为57 ku.当凋亡信号刺激时,AIF分子从线粒体释放到胞浆,然后转位到细胞核内,引起染色体核周边凝集和DNA呈大片段断裂（～50 kb）. 该作用不受广谱caspases抑制剂z-VAD.fmk的抑制,也不受Bcl-2过量表达的影响.基因剔除实验表明,AIF蛋白的促凋亡活性是胚胎小鼠形态发生过程中类胚体成腔所必需的,而且是AIF独立作用的结果,可以不依赖caspase-3的活性.因此AIF介导的细胞凋亡可能代表了独立于caspase通路之外的另一条更原始、更保守的凋亡途径.     

凋亡诱导因子的研究进展

凋亡诱导因子(apoptosis-inducing factor,AIF)是一类存在于线粒体内外膜间隙的保守的黄素蛋白,具有双重功能。在细胞正常的生理状态下,作为线粒体氧化还原酶,能催化细胞色素c(Cytc)和NAD之间的电子传递,当细胞受到凋亡刺激后,就从膜间隙释放到细胞质中,并通过其核定位信号序列(nuclear localization sequence,NLS)进入细胞核内,引起染色体核周边凝集和DNA呈大片段断裂(约50kb),进而引发不依赖于caspase的细胞凋亡。AIF的释放受Bcl-2家族蛋白的调控,同时也受Hsp70的抑制,它还是多聚(ADP核糖)聚合酶1[poly(ADP-ribose)polymerase1,PARP1]介导的细胞凋亡途径的下游效应物。     

重组人凋亡诱导因子基因的构建、表达及其对HeLa细胞的促凋亡作用

凋亡诱导因子（apoptosis-inducing factor, AIF）定位于细胞的线粒体膜间隙.当凋亡信号刺激时,AIF分子从线粒体释放到胞浆,然后转位到细胞核内,引起染色体核周边凝集和DNA呈大片段断裂（～50 kb）.用RT-PCR法分段克隆得到人全长AIF基因,经改造截去其N端线粒体定位信号编码序列,代之以不同长度的绿脓杆菌外毒素(PE)转膜结构域序列.把这些重组基因克隆入pIRES2-EGFP真核表达载体,脂质体法转染HeLa细胞,通过荧光显微镜观察、共聚焦显微镜观察、电镜观察等方法检测了多种重组人AIF基因的表达及其对细胞生长的影响.证明了重组人AIF基因的表达可引起HeLa细胞死亡,为肿瘤的杀伤提供了新的策略.     

凋亡诱导因子(AIF)对细胞凋亡的调控

凋亡诱导因子（apoptosis-inducing factor,AIF）是一种具有凋亡诱导活性的蛋白质,定位于线粒体的膜间隙.细胞受到凋亡刺激时,AIF分子从线粒体释放到胞质,然后再易位到核,与染色体DNA结合,使染色体核周边凝集和DNA断裂成约50kb的大片段.AIF具有凋亡诱导活性和氧化还原酶活性,但二者的作用是脱偶联的.AIF是第一个被鉴定出可以不依赖于胱天蛋白酶（caspase）信号通路而直接介导细胞发生凋亡的分子,但后来也有的报道认为AIF的凋亡活性需依赖于胱天蛋白酶.     

PARP-1与中枢神经系统疾病的关系

聚腺苷酸二磷酸核糖基聚合酶1[poly（ADP-ribose）pdymerase-1,PARP-1]是-种广泛存在于真核生物细胞核中的蛋白酶,在中枢神经系统的疾病发生中扮演着重要的角色。在外界损伤刺激下,PARP-1易被受损的DNA激活,进而通过不同途径影响神经细胞的生理功能,引起细胞炎性反应,甚至导致细胞死亡,触发中枢神经系统疾病的发生。抑制PARP-1在治疗慢性和急性的中枢神经系统疾病的作用也越来越受到重视。     

抑制PI3K信号通路促进TRAIL诱导人乳腺癌MCF-7细胞凋亡

肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand,TRAIL)对癌细胞有独特的细胞毒性作用,而对正常细胞没有影响.但乳腺癌细胞耐受TRAIL诱导凋亡.本研究探索磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)信号通路对人乳腺癌MCF-7细胞耐受TRAIL的影响.采用MTT法、显微照相以及DAPI染色观察TRAIL对MCF-7细胞生长的抑制作用以及诱导细胞凋亡状况;流式细胞分析细胞凋亡的情况;激光共聚焦显微镜观察多聚ADP核糖多聚酶-1(poly(ADP-ribose)polymerase-1,PARP-1)的迁移和定位;Western印迹分析死亡受体、caspase-3/8、磷酸化的AKT[pAKT(Ser473)]、Src和PARP-1等蛋白质表达.结果显示,小剂量TRAIL(80 nmol/L)和Ly294002(40μmol/L)对MCF-7细胞生长没有显著的抑制作用,但是大剂量TRAIL(160 nmol/L)和Ly294002(80μmol/L)则能抑制MCF-7细胞生长;低剂量Ly294002协同TRAIL抑制MCF-7细胞生长,并诱导细胞凋亡;Ly294002和TRAIL共同作用能促进PARP-1从胞浆进入细胞核;蛋白质表达分析显示,MCF-7细胞均表达死亡受体DR4、DR5、诱骗受体DcR1和DcR2、以及caspase-8,但是不表达caspase-3;Ly294002和TRAIL共同作用也能抑制pAKT(Ser473)和Src的表达,并且导致PARP-1断裂.本研究结果提示,抑制PI3K信号可增加MCF-7细胞对TRAIL诱导的敏感性;MCF-7细胞通过PI3K/AKT途径促进Src的表达耐受TRAIL的细胞毒性作用;Ly294002联合TRAIL是一种新的药物组合方式治疗乳腺癌.     

抑制PI3K信号通路促进TRAIL诱导人乳腺癌细胞MCF-7凋亡

肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand, TRAIL）对癌细胞有独特的细胞毒性作用,而对正常细胞没有影响. 但乳腺癌细胞耐受TRAIL诱导凋亡.本研究探索磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K）信号通路对人乳腺癌MCF-7细胞耐受TRAIL的影响. 采用MTT法、显微照相以及DAPI染色观察TRAIL对MCF-7细胞生长的抑制作用以及诱导细胞凋亡状况;流式细胞分析细胞凋亡的情况;激光共聚焦显微镜观察多聚ADP核糖多聚酶-1（poly(ADP-ribose) polymerase -1,PARP-1）的迁移和定位;Western印迹分析死亡受体、caspase-3/8、磷酸化的AKT［pAKT(Ser473)］、Src和PARP-1等蛋白质表达. 结果显示,小剂量TRAIL（< 80 nmol/L）和Ly294002（< 40μmol/L）对MCF-7细胞生长没有显著的抑制作用,但是大剂量TRAIL（160 nmol/L）和Ly294002（80 μmol/L）则能抑制MCF-7细胞生长;低剂量Ly294002协同TRAIL抑制MCF-7细胞生长,并诱导细胞凋亡;Ly294002和TRAIL共同作用能促进PARP-1从胞浆进入细胞核;蛋白质表达分析显示,MCF-7细胞均表达死亡受体DR4、DR5、诱骗受体DcR1和DcR2、以及caspase-8,但是不表达caspase-3;Ly294002和TRAIL共同作用也能抑制pAKT(Ser473)和Src的表达,并且导致PARP-1断裂. 本研究结果提示,抑制PI3K信号可增加MCF-7细胞对TRAIL诱导的敏感性;MCF-7细胞通过PI3K/AKT途径促进Src的表达耐受TRAIL的细胞毒性作用Ly294002联合TRAIL是一种新的药物组合方式治疗乳腺癌.     

AIF 的生物特性与功能

凋亡诱导因子(AIF)是一种具有氧化还原酶活性的黄素蛋白,在参与线粒体组成和能量代谢方面发挥重要作用。此外,AIF是一种不依赖caspase的凋亡因子,在凋亡刺激影响下,AIF经蛋白酶水解形成57 kD的成熟AIF,释放到胞质中,通过自身的NLS及CypA的辅助作用转位入核,引起染色质凝集和DNA的大片段化,导致细胞凋亡。AIF的这种双功能性是由其结构决定的,特有的插入序列构像的改变可影响其诱导细胞凋亡的活性。本文主要对AIF的结构及其功能作用进行综述。     

Sirtuins与PARP-1在细胞凋亡过程中的相互作用

哺乳动物Sirtuins家族目前共发现7个成员：SIRT1～SIRT7,它们均为NAD+依 赖性且从细菌到人类都保守的一类酶.人们已经对这7种去乙酰化酶进行了亚细胞定位 .目前,对其研究主要集中在对细胞发育相关的重要转录因子如p53、FOXO家族及相关 蛋白的去乙酰化修饰.Sirtuins对许多生理过程有着重要的调节作用,尤其是当发现 它们对寿命延长的调控作用后,Sirtuins引起了人们极大的关注,且都发表在世界顶 级刊物上.聚ADP核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase, PARP)是一类存在于大多 数真核细胞中的蛋白质翻译后修饰酶,尤其是聚ADP核糖聚合酶1(PARP-1)在细胞内 DNA损伤修复等过程中起着重要作用,该酶同样以NAD+作为催化反应的底物.有研究发 现,Sirtuins家族成员与PARP-1在细胞内某些重要生理过程中存在着相互作用.本文评 述了Sirtuins家族成员、PARP-1的生物学特点,并就其参与哺乳动物细胞凋亡的调控 机制和相关信号通路进行了详细的论述,以期对Sirtuins家族成员、PARP-1生物学功 能及其相互作用的研究提供理论指导.     

Ca^2＋在细胞凋亡中的作用

本文探讨了Ca2＋在细胞凋亡中的作用。许多证据表明细胞内Ca2＋浓度的升高或下降都有可能引起细胞凋亡。Ca2＋通过对一些酶和基因的调控来传递死亡信号。细胞核中的Ca2＋一方面能使染色质DNA舒展开来便于核酸内切酶能靠近活动,另一方面Ca2＋依赖的核酸内切酶参与了将DNA降解为DNA片段的过程,从而使细胞呈现细胞凋亡的特征。     

风疹病毒诱导细胞凋亡分子机制的研究进展

风疹病毒是披膜病毒科风疹病毒属的唯一成员,能够诱导细胞发生细胞凋亡。Ras-Raf-MEK-ERK和PI3KAkt信号通路是病毒增殖与细胞生存的必要通路,在细胞凋亡过程中起着必不可少的作用。p53蛋白和TAp63蛋白能够进入细胞核与DNA特异结合,抑制Bcl-2的表达,促进Bax的表达,导致线粒体内外膜间的物质(细胞色素C等)释放,进而引起caspase级联反应,最终导致细胞凋亡。本文从风疹病毒感染的细胞系,病毒感染导致的细胞病理改变和病毒诱导的细胞凋亡信号通路及其相关因子等方面对风疹病毒诱导细胞凋亡的分子机制进行了综述。     

镉诱导HEK293细胞凋亡及其线粒体凋亡途径

本课题研究了氯化镉(CdCl_2)诱导HEK293细胞(人胚胎肾细胞系)的凋亡,初步探讨了凋亡过程中Caspase-3、Bcl-2的变化和凋亡诱导因子(AIF)的转移以及它们的意义。MTT法检测CdCl_2对HEK293细胞增殖的抑制作用;通过倒置显微镜、电镜、琼脂糖凝胶电泳、流式细胞术、激光共聚焦观察细胞凋亡;应用Western blot法和荧光免疫法测定Caspase-3酶原、Bcl-2蛋白的变化以及检测AIF蛋白在细胞中的定位。结果显示:CdCl_2对HEK293细胞具有显著的生长抑制作用,并呈明显的剂量和时间依赖性。在琼脂糖凝胶电泳中,显示有凋亡细胞特有的DNA梯状条带,其中30μmol/L作用6-9h梯状条带最为清晰,时间过长或浓度过高则梯状条带逐渐模糊,表明镉浓度过高或处理时间过长,细胞有坏死。流式细胞仪检测也印证了这一结果。形态学观察可见明显的细胞凋亡特征。同时线粒体膜电位明显下降,发现Caspase-3酶原蛋白、Bcl-2蛋白含量减少,并具有时间依赖性;另外检测到线粒体AIF向细胞核转移。而Bcl-2转染后有一定的抑制凋亡作用。实验结果提示,CdCl_2能够诱导HEK293细胞凋亡,线粒体损伤导致AIF转移与细胞色素c释放,从而引发的非Caspases与Caspases凋亡途径可能在镉引发的细胞凋亡过程中起重要作用,而Caspase-3, Bcl-2起着重要的调控作用。     

细胞凋亡中的核/质转运

核/质转运和细胞凋亡是两种截然不同的细胞内过程,它们是密切相关的.在细胞凋亡过程中,细胞核的凋亡损伤伴随着多种多样的促凋亡因子在细胞质澈活并进入细胞核.DNA损伤产生的死亡信号也需要传递到细胞的各个部位,来确保细胞死亡的协调执行.因此,凋亡信号的核,质穿梭是细胞凋亡不可或缺的一部分.     

截断型线粒体凋亡诱导因子相互作用蛋白质的筛选与鉴定

线粒体凋亡诱导因子(AIF)是一类存在于线粒体内外膜之间保守的黄素蛋白,它从线粒体到细胞核的转位可诱导细胞凋亡．AIF诱导细胞凋亡的确切机制还不是很清楚．为了筛选可能与截断型AIF存在相互作用的蛋白质,探讨截断型AIF诱导细胞凋亡的机制,用逆转录PCR扩增剪切掉线粒体定位信号的人AIF基因片段并克隆入pcDNA3.1载体,导入肝癌HepG2细胞．成功检测到截断型在转录与翻译水平上的表达．提取转染截断型AIF基因的细胞的蛋白质,用免疫沉淀方法分离与截断型可能存在相互作用的蛋白质,用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱对分离得到的蛋白质进行鉴定,其中一蛋白质条带经鉴定为β-actin．再次用反向免疫共沉淀法与Western blot法对筛选出的可能相互作用蛋白质进行验证．结果表明,截断型AIF与β-actin之间可能存在相互作用．     

DNA放射损伤与p53

电离辐射等多种因素可以引起DNA损伤,表现为碱基改变、DNA双链断裂(DNA double-strand breaks,DSBs)和DNA单链断裂(Single-strand breaks,SSBs)等多种形式。DNA损伤后,细胞发生应答,即引起细胞周期阻滞和/或细胞程序性死亡,以减少损伤引起的染色体畸变和基因组不稳定。在细胞应答过程中,p53蛋白水平和活性均发生变化,介导细胞周期阻滞、程序性死亡,并直接参与DNA损伤修复过程。     

细胞凋亡中的核/质转运

核/质转运和细胞凋亡是两种截然不同的细胞内过程,它们是密切相关的。在细胞凋亡过程中,细胞核的凋亡损伤伴随着多种多样的促凋亡因子在细胞质激活并进入细胞核。DNA损伤产生的死亡信号也需要传递到细胞的各个部位,来确保细胞死亡的协调执行。因此,凋亡信号的核/质穿梭是细胞凋亡不可或缺的一部分。