细胞自噬简介(一)

基础知识

什么是细胞更新(cellular renovation)?

清除细胞旧组分,产生新组分(包括细胞器等)。

如何清除旧组分?(即细胞内的降解系统有哪些?)

蛋白酶体:泛素化机制、特异性。短寿蛋白。

溶酶体:内吞(针对胞外物质和膜蛋白)、自噬(针对胞质成分和细胞器) 。长寿蛋白。

如何产生新组分?

摄取新的物质;自噬循环利用物质。

细胞自噬概述

什么是细胞自噬?

细胞内主要降解系统之一,胞内物质被运输到溶酶体并降解。

细胞自噬诱发因素:

正常生理活动:基础自噬;

遭受胞内外刺激时的应激反应:缺氧、缺营养、接触某些化学物质、某些微生物入侵、细胞器损伤、细胞内异常蛋白过度累积等。

细胞自噬目的:

可能是一种动态循环系统,产生的物质和能量用于细胞更新和稳态维持。

细胞自噬功能:

发育和分化过程中代谢适应、胞内质量控制、细胞更新。

疾病发生发展中的作用。(癌症中的双面作用:肿瘤形成前、癌变早期,自噬抑癌作用;肿瘤晚期,自噬促癌作用。)

细胞自噬分类1(依据细胞内底物运送到溶酶体腔的方式不同)

巨自噬:

隔离膜(或称吞噬泡phagophore)包裹细胞器等胞质成分,形成自噬体,外膜与溶酶体融合,形成自噬溶酶体,进行降解。

微自噬:

溶酶体或晚期内体直接内凹吞噬。(类似MVB形成)

分子伴侣介导的自噬:

包含五肽KFERQ的蛋白被Hsc70和协同伴侣分子识别,与溶酶体膜Lamp-2A结合,将蛋白转位到溶酶体内。

还有一种非经典的自噬:分泌自噬(Secretory autophagy)。

巨自噬的分子机制目前研究最为详细,如无特殊说明,之后的自噬均指巨自噬。

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细胞自噬各过程:起始、成核、延伸、闭合、降解

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五类核心自噬分子复合物总结

(1)参与自噬启动、磷酸化下游靶点的ULK1丝氨酸苏氨酸激酶复合物,包括ULK1, FIP200, ATG13和ATG101;

(2)参与自噬体成核(形成杯状结构的隔离膜)与成熟的两类Beclin1/PI3KC3复合物(PI3KC3-C1: Beclin1, VPS34, VPS15, ATG14; PI3KC3-C2: Beclin1, VPS34, VPS15, UVRAG);

(3)唯一的自噬所必需膜整合蛋白(ATG9),循环于PAS(phagophore assembly site,自噬体形成的位置)和其周边位置,是自噬体膜的搬运工,参与自噬体膜的扩张;

(4)参与早期自噬体膜延伸的WIPI蛋白及结合蛋白ATG2;

(5)参与自噬体膜延伸与闭合的两个泛素样蛋白及其共价结合靶标:ATG12~ATG5-ATL16L1,LC3亚家族(酵母中为ATG8)与PE共价结合

细胞自噬的调控机制

mTOR通路抑制自噬

①激活mTOR的通路PI3K-I/Akt、MAPK抑制自噬。

②抑制mTOR的通路LKB1-AMPK、p53促进自噬。

Bcl-2 抑制 Beclin-1,既抑自噬,又抑凋亡,促生存。

促凋亡信号,如 TNF、TRAIL 和 FADD 也可以诱导自噬。

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细胞自噬真的这么简单吗?

以上为细胞自噬经典通路,呈现出一种线性调控关系,易于理解,但是,落实到某个具体细胞自噬蛋白,其相互作用其实是一种网络的关系。如以下展现了一条正反馈调控环路:

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参考文献

Mizushima N , Komatsu M . Autophagy: Renovation of Cells and Tissues[J]. Cell, 2011, 147.

https://www.cst-c.com.cn/contents/science-cst-pathways-cell-death/autophagy-signaling/pathways-autophagy

Kimmelman AC, White E . Autophagy and Tumor Metabolism [J]. Cell Metabolism, 2017, 25.

Dikic I , Elazar Z . Mechanism and medical implications of mammalian autophagy[J]. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2018, 19.

Beth L and Guido K. Biological Functions of Autophagy Genes: A Disease Perspective [J]. Cell, 2019, 176

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