自噬的研究進(jìn)展

1、Autophagy in Yeast: A Review of the Molecular MachineryPresenter：Han Bing標(biāo)題欄細(xì)胞自噬的調(diào)控細(xì)胞自噬的調(diào)控 2前言前言 1選擇性自噬選擇性自噬 4自噬體在自噬體在PAS的形成及降解的形成及降解 3展望展望 51、前言自噬自噬（autophagy）：泛指溶酶體（Lysosome）（酵母中為液泡，Vacuole）介導(dǎo)的細(xì)胞質(zhì)降解過程。與蛋白酶體(Proteasome)相比 ，溶酶體具有更強(qiáng)大的降解能力, 因此細(xì)胞自噬可以大批量的降解從可溶蛋白到完整細(xì)胞器在內(nèi)的胞內(nèi)物質(zhì)。微自噬微自噬 2宏自噬（主要）宏自噬（主要） 1 3分子

2、伴侶介導(dǎo)的自噬（CMA）：通過形成具有雙層膜結(jié)構(gòu)的自噬體(Autophagosome)包裹胞內(nèi)物質(zhì), 最終自噬體與溶酶體（液泡）融合 ，酵母自噬體的形成是在PAS（自噬體組裝位點(diǎn)）發(fā)生的。分子伴侶介導(dǎo)的自噬（CMA）：通過溶酶體或液泡表面的形變直接吞沒特定的細(xì)胞器 或者蛋白胞質(zhì)內(nèi)蛋白結(jié)合到分子伴侶后被轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體腔中，然后被溶酶體（液泡）酶消化。 根據(jù)細(xì)胞物質(zhì)運(yùn)到溶酶體內(nèi)的途徑不同根據(jù)細(xì)胞物質(zhì)運(yùn)到溶酶體內(nèi)的途徑不同自噬的過程2、細(xì)胞自噬的調(diào)控生理?xiàng)l件下, 細(xì)胞自噬受到嚴(yán)格的調(diào)控?，F(xiàn)在了解得比較多的細(xì)胞自噬調(diào)控通路主要有兩條: TOR(Target of rapamycin)通路和磷脂酰肌醇3-

3、激酶(PI3K, Phosphoinositide 3-kinase)通路。很多其他細(xì)胞自噬調(diào)控信號直接或間接的通過這兩條通路發(fā)揮作用。 TORTOR通路通路TOR 是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,對細(xì)胞自噬起到負(fù)調(diào)控作用。在正常生長條件下,TOR處于激活狀態(tài), 細(xì)胞自噬受到抑制;當(dāng)細(xì)胞處于饑餓或受到雷帕霉素(Rapamycin)刺激時(shí),TOR被抑制,細(xì)胞自噬被誘導(dǎo)增強(qiáng)。在酵母中,TOR可以形成兩種蛋白復(fù)合物: TORC1和TORC2。其中，TORC1是主要的自噬調(diào)節(jié)因子。 TORC1營養(yǎng)豐富TORC1被激活磷酸化Atg13與Atg1的結(jié)合能力降低Atg1的活性低與Atg17作用弱自噬水平低饑餓

4、或雷帕霉素刺激TORC1被抑制反之.自噬水平高在TOR通路中，TOR復(fù)合體通過與Atg13的作用，間接地影響了Atg1-Atg13-Atg17蛋白復(fù)合體的形成，進(jìn)而影響了自噬水平的高低，Atg13在蛋白復(fù)合體中起到了介導(dǎo)作用。3 3、自噬體在、自噬體在PASPAS的形成及降解的形成及降解自噬體的形成是細(xì)胞自噬的關(guān)鍵步驟,自噬體的 大小與數(shù)量也反應(yīng)了細(xì)胞自噬發(fā)生的水平,這一步驟涉及的過程, 包括: PAS 的形成、III 型 PI3K 信號通路、Atg9的循環(huán)（順向和逆向）和泛素樣蛋白結(jié)合系統(tǒng)。 PASPAS的形成的形成PAS是自噬體形成的位點(diǎn)，通常位于液泡附近，是酵母特有的現(xiàn)象，所以PAS的形

5、成機(jī)制，對于我們了解整個(gè)自噬過程具有重要意義 。 酵母富營養(yǎng)Cvt復(fù)合體（prApe1多聚體、Ams1,、Atg19）形成Atg19與Atg11結(jié)合激活A(yù)tg11并募集其他Pro圍繞Cvt復(fù)合體形成自噬體-Cvt囊泡PAS的組裝信號饑餓非選擇性自噬Atg17起主要作用PAS的組裝信號PI3KPI3K復(fù)合體及其下游作用蛋白復(fù)合體及其下游作用蛋白PI3K可以對膜上的磷脂酰肌醇進(jìn)行磷酸化修飾，其中型PI3K可以將磷脂酰肌醇磷酸化為PI3P ，酵母中的PI3K復(fù)合體為型PI3K。 酵母中型PI3K復(fù)合體包括：Atg14、Vps34、Vps15、Atg6，其中Vps15是Vps34的調(diào)節(jié)亞基，Atg14

6、將Vps34-Vps15與Atg6連接在一起形成復(fù)合體，并將PI3K復(fù)合體定位于PAS，通過其產(chǎn)物PI3P募集下游蛋白。下游蛋白包括Atg18和Atg21，Atg18隨后組成Atg2-Atg18復(fù)合體并在Atg9的循環(huán)中起作用，Atg18參與非選擇性自噬，Atg21參與選擇性自噬。Atg9Atg9的循環(huán)的循環(huán)自噬體膜的起源一直是人們致力解決的問題, 而其中的關(guān)鍵可能就是Atg9。Atg9是一個(gè)整合膜蛋白,含有高度保守的6個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域以及位于胞質(zhì)中的N端與C端。它在相關(guān)蛋白的協(xié)助下, 在 PAS 與外周膜結(jié)構(gòu)(如線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體)之間往復(fù)循環(huán), 參與自噬體的形成過程, 故 Atg9 被認(rèn)

7、為有可能起“膜載體”的作用。 Atg9Atg9的順向運(yùn)輸?shù)捻樝蜻\(yùn)輸在選擇性細(xì)胞自噬 Cvt 途徑中, 當(dāng) Atg11、Cvt復(fù)合體或Actin細(xì)胞骨架中的組分缺失任一個(gè)時(shí), Atg9 從外周膜結(jié)構(gòu)到 PAS 的運(yùn)輸都會被阻斷Actin相關(guān)蛋白Arp2與Atg9相互作用, 直接調(diào)節(jié)Atg9從外周膜結(jié)構(gòu)向PAS的運(yùn)輸。在饑餓誘導(dǎo)的非選擇性細(xì)胞自噬中,這種運(yùn)輸需要Atg17的協(xié) 助。Atg17 幫助 Atg9 定位于 PAS, 進(jìn)一步完成膜的組裝,但這個(gè)過程并不需要Atg1的激酶活性。 Atg9Atg9的逆向運(yùn)輸?shù)哪嫦蜻\(yùn)輸當(dāng)自噬體形成時(shí), Atg9并不留在自噬體膜上, 而是從 PAS 返回細(xì)胞質(zhì)中的

8、膜結(jié)構(gòu)。這一逆向運(yùn)輸途徑依賴于 Atg1-Atg13 復(fù)合體、Atg2-Atg18 復(fù)合體。其中大家比較公認(rèn)的模型是: 一旦 Atg1-Atg13 復(fù)合物與 Atg9 被募集到 PAS,Atg1-Atg13 促使 Atg9 與 Atg2-Atg18 相互作用, 這種三元復(fù)合物的形成促使 Atg9 從 PAS 返回外周膜。 泛素樣蛋白結(jié)合系統(tǒng)泛素樣蛋白結(jié)合系統(tǒng)兩個(gè)類泛素樣蛋白 Atg12、Atg8 分別在泛素樣酶（泛素活化酶Atg7，泛素結(jié)合酶Atg10）的作用下與 Atg5、磷脂酰乙醇胺(PE,phosphatidylethano- lamine)相結(jié)合, 促進(jìn)自噬前體囊膜的不斷延伸。 Atg

9、12-Atg5-Atg16多聚體的形成Atg7與ATP結(jié)合激活的Atg7與Atg12結(jié)合Atg12激活在Atg10的作用下與Atg5結(jié)合Atg5激活A(yù)tg5與Atg16結(jié)合Atg12-Atg5-Atg16多聚體形成Atg8-PE的形成Atg8Atg4、Atg7的作用下激活的Atg8被轉(zhuǎn)移給Atg3(泛素結(jié)合酶)Atg8-PEAtg12- Atg5-Atg16 復(fù)合體最主要的功能便是對 Atg8的輔助作用, 而 Atg8-PE 是雙層膜不斷向外延伸的直接作用者。自噬體的降解自噬體的降解 自噬體在靠近液泡的 PAS 形成后, 最終會與液泡融合。這個(gè)融合過程與細(xì)胞中其他囊泡與液泡的融合相類似, 該過

10、程涉及到的蛋白有 SNARE 蛋白(Vam3、Vam7、Vti1、Ykt6)、小GTP酶 Ypt7、HOPS 復(fù)合體、Mon1-Ccz1 復(fù)合體等。融合的結(jié)果是自噬體的外膜成為液泡膜的一部分, 其內(nèi)膜小泡和內(nèi)含物在液泡內(nèi)腔被降解并循環(huán)利用。 4 4、選擇性自噬、選擇性自噬細(xì)胞自噬曾被長期認(rèn)為是非選擇性為主的, 但隨著研究的深入, 選擇性細(xì)胞自噬的生理意義愈發(fā)顯著。酵母中選擇性細(xì)胞自噬的研究是與非選擇性細(xì)胞自噬的研究同步開展的, 現(xiàn)在也積累了大量的結(jié)果。酵母中的選擇性細(xì)胞自噬主要有 Cvt途徑、線粒體自噬和過氧化物酶體自噬。 CvtCvt途徑途徑它的主要功能是將細(xì)胞質(zhì)中的氨基肽酶(Ape1)、甘露糖酶(Ams1)等酶的前體定向送到液泡, 以使其激活并發(fā)揮其水解酶活性。Ape1 在細(xì)胞質(zhì)中以無活性的前體 PrApe1 形式存在。PrApe1 會形成一個(gè)寡聚體, Atg19 與PrApe1 相結(jié)合, 而 Ams1通過 Atg19 的另一個(gè)位點(diǎn)與 Atg19 相結(jié)合, 共同形成Cvt 復(fù)合物。Atg19 與 Atg11 相互作用, 引導(dǎo) Cvt復(fù)合物定位到 PAS 位點(diǎn); Atg19進(jìn)而與Atg8-PE相互作用,