细胞自噬:细胞、组织的更新与重构

    Autophagy: R enovation and R econstruction o f Cells & Tissues


    自噬是细胞内主要的降解系统。通过子时过程,细胞质内物质被传递到溶酶体,并在溶酶体中降解。

    然而,自噬的目的并不是简单的物质清除,而是作为一个动态的循环系统,为细胞更新和稳态生产新的组织构建原料和能量。

    所有的生物体都在不断地新旧更替。在人类中,细胞和细胞内成分不断地重构和循环。在某种程度上,这是为了用质量更好的新成分替代旧的。然而,当这些组分被不同的类型组分替换时,发生替换的细胞单元中会发生净变化。这种“细胞改造”不仅需要合成新的组件,还需要降解那些可以作为构建原料的现有材料。

    真核细胞中存在两种主要的降解体系:溶酶体和蛋白酶体。蛋白酶体降解具有高选择性;蛋白酶体一般只识别泛素化底物,主要是短期蛋白。相比之下,溶酶体的降解并不遵循这样一个简单的模式。胞外物质和质膜蛋白可通过内吞作用进入溶酶体降解。此外,胞质成分和细胞器也可以通过自噬传递到溶酶体。

    溶酶体常被描述为“细胞垃圾桶”。它在细胞更新(尤其是涉及自噬的方面)发挥的更积极作用并没有得到充分的鉴定。20世纪90年代,关于酵母方面的遗传学研究发现了一系列自噬相关(autophagy- related genes, ATG)。这些研究结果极大地加深了大家对自噬机制和功能的认识,特别是对自噬缺陷生物体的分析揭示了自噬在细胞和整个生物体水平上的诸多生理和病理作用。

    

 ● 自噬的诱导阶段

    细胞在正常情况下很少发生自噬,然而,当细胞外(营养成分短缺、缺氧缺血和生长因子诱导)和细胞内(代谢压力、细胞器老化、蛋白质错误折叠和DNA 损伤)等因素影响了细胞时,自噬会被诱导发生。其中,主要有5 条信号通路与自噬相关:Erk1/2 通路,PI3K 通路,AMPK 通路,氨基酸饥饿通路和p53 通路(图1)。

细胞自噬


 ● 自噬体的组装阶段

    在上游信号的诱导下,ATG12 和ATG5,先后由ATG7 和ATG10分别催化而偶联,最后与ATG16L形成复合体,参与吞噬泡的组装。ATG12 和ATG5 结合到一起,形成ATG12-ATG5 复合物,其表面区域的氨基酸序列在进化上保守, 从而具有保守的表面构象,这种构象是LC3 脂质化所必需的条件。

    LC3 以前体(pro-LC3)的形式翻译出来后,即刻被ATG4 切割掉C 端的一段多肽,暴露出甘氨酸位点,成为分布在胞浆中的LC3-I。LC3-I 在ATG7 和ATG3 的作用下(类似于泛素化修饰),与磷脂酰乙醇胺(PE)共价结合,形成膜结合蛋白LC3-II,结合在自噬体膜上,LC3-II 已被广泛用做自噬过程的标志(图2)。


 ● 自噬体的融合阶段

    自噬体与溶酶体的融合是细胞发挥自噬功能,对细胞内多余物质进行降解和再度利用的关键,Rab7 是自噬体和溶酶体融合阶段的重要分子,同时,自噬体上STX17 与溶酶体上VAMP8 结合会介导自噬体和溶酶体的融合(图3)。

细胞自噬


降解阶段

   SQSTM1/p62 将泛素化的蛋白转运到自噬体中,经过融合阶段后,自噬溶酶体中的内容物降解,以实现细胞稳态和自我更新。

细胞自噬

细胞自噬

●部分产品引用文献

  SQSTM1/p62 / #R27312

◆Nanotopography on titanium promotes osteogenesis via autophagy-mediated signaling between YAP and β-catenin.

  Acta Biomaterialia. IF: 6.6

  Beclin-1 / #381896

◆Metformin prevents against oxidative stress-induced senescence in human periodontal ligament cells. 

  Biogerontology. IF: 3.8

  Beclin-1 / #R22856

◆Amentoflavone Ameliorates Memory Deficits and Abnormal Autophagy in Aβ25-35-Induced Mice by mTOR Signaling.

 Neurochemical Research. IF: 3.0

  Bcl-2 / #383309

◆Zearalenone Induces Apoptosis and Cytoprotective Autophagy in Chicken Granulosa Cells by PI3K-AKT-mTOR and MAPK SignalingPathways. 

 Toxins. IF: 3.5

  Bcl-2 / #R22494

◆Nrf2 protects against acute lung injury and inflammation by modulating TLR4 and Akt signaling. 

  Free Radical Biology and Medicine. IF: 6.0

  ATG7 / #500691

◆Inhibiting autophagy increases epirubicin's cytotoxicity in breast cancer cells. 

  Cancer Science. IF: 4.8

  LC3 / #381544

◆Toxic effects of arsenic trioxide on spermatogonia are associated with oxidative stress, mitochondrial dysfunction, autophagy and metabolomic alterations. 

  Ecotoxicology and Environmental Safety. IF: 4.5

◆Hepatitis B Virus X Protein (HBx) Suppresses Transcription Factor EB (TFEB) Resulting in Stabilization of Integrin Beta 1 (ITGB1) in Hepatocellular Carcinoma Cells. 

  Cancers. IF: 6.2

  LC3 / #306019

◆Beclin-1/LC3-II dependent macroautophagy was uninfluenced in ischemiachallenged vascular endothelial cells.

 Genes & Diseases.IF: 4.8

  mTOR / #380411

◆Autophagy was activated against the damages of placentas caused by nano-copper oral exposure.

 Ecotoxicology and Environmental Safety. IF: 4.9

  p-mTOR / #381557

◆Sodium‒Glucose CoTransporter-2 Inhibitor Empagliflozin Ameliorates Sunitinib-Induced Cardiac Dysfunction via Regulation of AMPK‒mTOR Signaling Pathway‒Mediated Autophagy. 

  Frontiers in Pharmacology. IF: 3.8

  ULK1 / #381887

◆β2-adrenergic receptor signaling promotes neuroblastoma cell proliferation by activating autophagy. 

  Oncology Reports. IF: 3.0










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