自噬及其相关调节通路

关于自噬及其相关调节通路自噬其发生过程大致分为3个阶段：(1)在饥饿、氧化应激损伤等情况下，粗面内质网的非核糖体区域、高尔基体等来源的自噬体膜脱落形成杯状分隔膜，包绕在被降解物（如蛋白质降解产物，细胞器和核糖体等）周围；(2)分隔膜逐渐延伸，将要被降解的胞浆成分完全包绕形成双层膜自噬体；(3)自噬体通过细胞骨架微管系统运输至溶酶体，与之融合形成自噬溶酶体并降解其内成分，自噬体膜脱落再循环利用。因此自噬可被视为细胞的“回收工厂”，其不仅促进能量的利用同时转运无功能的蛋白和细胞器。而调节这个复杂的过程的分子水平有五个关键阶段:（1）形成吞噬泡（2）Atg5-12复合物与Atg16L并且多聚化（3）LC3形成并且插入吞噬泡膜（4）包绕预被降解物（5）自噬体与溶酶体融合。

第2页,共9页，2024年2月25日，星期天第3页,共9页，2024年2月25日，星期天参与自噬体形成的两个泛素样蛋白系统在哺乳动物自噬的自噬泡形成过程中,由Atg3、Atg5、Atg7、Atg10、Atg12和LC3参与组成的两条泛素样蛋白加工修饰过程:Atg12结合过程和LC3修饰过程起着至关重要的作用。Atg12结合过程与前自噬泡的形成相关;而LC3修饰过程对自噬泡的形成必不可少。在自噬泡形成并包裹待降解细胞质和细胞器时,Atg12-Atg5复合物与Atg16结合,类E1酶蛋白Atg7激活Atg12,形成Atg10,后者是一种类E2酶蛋白。然后Atg10再与Atg5结合,从而形成自噬前体复合物。第4页,共9页，2024年2月25日，星期天哺乳动物中LC3也要首先经历泛素样翻译后修饰过程,然后定位于自噬自噬泡膜表面。哺乳动物LC3合成之后,在Atg4同源物的催化下,其C末端5个氨基酸残基被切割下来,暴露出C端的甘氨酸残基。这种经过加工的LC3称为LC3-I,定位于胞浆中。之后,LC3-I在哺乳动物El泛素样酶Atg7和E2泛素样酶Atg3的催化下,与自噬泡膜表面的磷脂酰乙醇胺(PE)结合,称为LC3-II,LC3-II的形成依赖于Atg12-Atg5复合物。由于LC3-II只特异性的结合到新合成的自噬体上,因此已成为现在较为有效、应用比较广泛的自噬体标记物。部分LC3-II被包裹进自噬体双层膜结构的内侧,自噬体与溶酶体融合后就被降解,而自噬体表面的LC3-II也会由于与磷脂结合的断裂而与自噬体分离。第5页,共9页，2024年2月25日，星期天目前,作为自噬调控的中心分子TOR(targetofrapamycin)是控制细胞自噬的关键蛋白,能感受细胞的多种变化信号,加强或降低自噬的发生水平。细胞内ATP水平、缺氧等细胞信号都可直接或间接通过TOR将其整合,从而改变细胞的自噬发生,应对不同的外界环境刺激。TOR本身是一个调控细胞周期、生长和增殖的丝氨酸/苏氨酸激酶。在哺乳动物中TOR的同源物mTOR(mammaliantargetofrapamycin)处于活化状态,磷酸化抑制自噬起始分子ULK1的功能,抑制自噬的发生。第6页,共9页，2024年2月25日，星期天AMPK是细胞中感受能量状态调节代谢的一个蛋白激酶,在自噬发生的调控中也发挥着重要的作用。低ATP水平状态下(如饥饿或缺氧)AMPK能感受AMP的水平变化而激活,从而磷酸化TSC2(一种肿瘤抑制蛋白,可以和RhebGTP酶结合,避免后者对mTOR的活化),加剧TSC1/2对Rheb的抑制,最终使mTOR的活性被抑制,诱导细胞发生自噬。在营养能量缺乏时,AMPK也可以通过磷酸化ULK1激活其活性,从而进一步促进自噬;当营养物质充分时,mTOR则通过磷酸化ULK1,阻止AMPK对ULK1的磷酸化激活,使ULK1被抑制,避免自噬的发生。在胰岛素样生长因子刺激下,I型PI3K/AKT信号分子可以诱导TOR活化,从而抑制自噬。第7页,共9页，2024年2月25日，星期天p53基因反式作用自噬诱导的基因，原因是p53通过依赖AMPK与TSC1/TSC2的方式抑制mTOR从而刺激自噬。除此之外,GTPase、Erk1/2等蛋白质都已经被证明与自噬的调节息息相关。Vps34是哺乳动物中的第III类PI3Kinase。在Vps34复合物中,Vps34因结合Vps15而被激活,并进一步结合Beclin1形成Vps34-Vps15-Beclin1复合体。自噬发生时,Vps34-Vps15-Beclin和多种自噬相关蛋白结合,传递自噬信号促进自噬发生。如与Atg14结合形成Atg14-Vps34-Vps15-Beclin1复合物参与自噬泡的形成。而BH3蛋白家族可以破坏Bcl-2