《蛋白质降解机制》课件

蛋白质降解机制本演示文稿深入探讨蛋白质降解的复杂机制，这是细胞生物学的基本过程，对细胞功能的各个方面至关重要。我们将探索泛素-蛋白酶体系统(UPS)和自噬途径，阐明它们在维持蛋白质稳态、应对细胞应激和预防疾病中的作用。此外，我们还将讨论靶向蛋白质降解的药物开发的新兴策略，包括PROTAC技术，为治疗各种疾病开辟了新的途径。目录本次演讲将涵盖以下主题：蛋白质降解的重要性、细胞内蛋白质的寿命、蛋白质错误折叠与聚集、泛素-蛋白酶体系统(UPS)概述、泛素化过程详解、E1泛素激活酶、E2泛素结合酶、E3泛素连接酶、E3连接酶的种类、HECTE3连接酶、RINGE3连接酶、Cullin-RINGE3连接酶(CRLs)、SCF复合物、APC/C复合物、泛素链的形成、蛋白质的多泛素化修饰、蛋白酶体结构与功能、20S核心颗粒、19S调节颗粒、蛋白酶体的底物识别、蛋白酶体的激活与抑制、蛋白酶体的作用机制、自噬作用概述等内容。我们将继续讨论自噬的类型、巨自噬、微自噬、分子伴侣介导的自噬、自噬的分子机制、ULK1复合物、Beclin1复合物、PI3P的合成、LC3的修饰、自噬体的形成、自噬体与溶酶体的融合、自噬的调控、mTOR通路、AMPK通路、细胞应激与自噬、自噬在细胞中的作用、蛋白质降解在细胞周期中的作用、蛋白质降解与信号通路、蛋白质降解与疾病，以及神经退行性疾病、癌症和感染，最后将介绍蛋白质降解的调控异常与疾病以及靶向蛋白质降解的药物开发。最后，我们将讨论蛋白酶体抑制剂、自噬激动剂、自噬抑制剂、PROTAC技术介绍、PROTAC的作用机制、PROTAC的优势与挑战、DUBs(去泛素化酶)、去泛素化酶的作用、如何研究蛋白质降解、蛋白质稳定性分析以及泛素化水平检测。蛋白质降解的重要性维持蛋白质稳态蛋白质降解在维持蛋白质稳态方面起着至关重要的作用，确保细胞内蛋白质的产生、折叠和清除之间的平衡。这种平衡对于适当的细胞功能至关重要，并防止蛋白质错误折叠和聚集，这可能对细胞有害。蛋白质降解通过选择性地去除受损、错误折叠或过量的蛋白质来促进细胞健康。调节细胞过程蛋白质降解参与调节各种细胞过程，包括细胞周期进程、信号传导和转录。通过控制特定蛋白质的水平，细胞可以精确地控制这些过程的活动。蛋白质降解还可以快速改变蛋白质水平以响应环境刺激，使细胞能够适应不断变化的情况。例如，细胞周期蛋白的降解对于细胞周期进程的正确排序至关重要。细胞内蛋白质的寿命1蛋白质寿命的差异细胞内蛋白质的寿命差异很大，有些蛋白质的寿命只有几分钟，而另一些蛋白质的寿命则长达几天或几周。蛋白质的寿命受多种因素的影响，包括其氨基酸序列、折叠、亚细胞定位和生理条件。短寿命蛋白质通常参与细胞过程的调控，而长寿命蛋白质往往具有结构或代谢功能。2影响蛋白质寿命的因素N末端规则是决定蛋白质寿命的一种机制，其中蛋白质N末端氨基酸的性质会影响其对泛素化和随后的降解的敏感性。Pest序列（富含脯氨酸、谷氨酸、丝氨酸和苏氨酸的序列）也与蛋白质寿命缩短有关。此外，蛋白质的错误折叠或聚集会引发其降解，作为一种质量控制机制。3蛋白质寿命的调控蛋白质寿命受到多种因素的调控，包括细胞信号传导途径、环境应激和疾病状态。例如，mTOR途径是一种重要的生长和代谢调节器，可以通过影响参与蛋白质降解的蛋白质的活性来调节蛋白质的寿命。细胞应激，如氧化应激或热休克，会导致蛋白质错误折叠和聚集，从而增加蛋白质降解。在疾病状态下，蛋白质降解的调控可能会受到损害，导致蛋白质稳态失调。蛋白质错误折叠与聚集错误折叠的原因蛋白质错误折叠是细胞中的常见事件，可能是由多种因素引起的，包括基因突变、翻译错误、细胞应激和分子伴侣活性受损。错误折叠的蛋白质可能失去其正常的生物学功能，并形成聚集体，这可能对细胞有害。细胞具有复杂的质量控制机制来检测和去除错误折叠的蛋白质，包括泛素-蛋白酶体系统(UPS)和自噬。聚集的影响蛋白质聚集是指错误折叠的蛋白质聚集在一起形成大而不溶的聚集体。这些聚集体可能会干扰正常的细胞过程，并导致细胞毒性。蛋白质聚集与各种疾病有关，包括神经退行性疾病，如阿尔茨海默病、帕金森病和亨廷顿病。在这些疾病中，特定蛋白质的聚集会导致神经元功能障碍和死亡。降解机制细胞利用多种机制来去除错误折叠和聚集的蛋白质。UPS负责降解单独的错误折叠蛋白质，而自噬则负责清除较大的蛋白质聚集体。分子伴侣通过帮助蛋白质正确折叠和防止聚集来协助这些过程。细胞中这些质量控制机制的破坏会导致蛋白质聚集和疾病。泛素-蛋白酶体系统(UPS)概述泛素标记UPS是一种主要的蛋白质降解途径，涉及用称为泛素的小型蛋白质标记目标蛋白质。泛素化是一个分步过程，需要多种酶，包括E1泛素激活酶、E2泛素结合酶和E3泛素连接酶。E3连接酶负责识别底物蛋白质并催化泛素的转移。蛋白酶体降解一旦蛋白质被泛素化，它就会被蛋白酶体识别，蛋白酶体是一种大型蛋白酶复合物，可以降解标记的蛋白质。蛋白酶体由一个20S核心颗粒和一个或两个19S调节颗粒组成。20S核心颗粒具有蛋白酶活性，而19S调节颗粒负责识别泛素化蛋白质并将其展开以进行降解。泛素化过程详解E1激活泛素化过程的第一步是E1泛素激活酶激活泛素。E1酶在ATP存在下与泛素结合，形成泛素-E1硫酯键。此步骤需要能量输入并为随后的泛素转移做准备。E2结合接下来，泛素从E1转移到E2泛素结合酶。E2酶与泛素结合，形成泛素-E2硫酯键。细胞中有多种E2酶，每种酶对不同的E3连接酶具有特异性。E3连接E3泛素连接酶负责识别底物蛋白质并催化泛素从E2转移到底物。E3连接酶提供泛素化过程的特异性，确保只标记正确的蛋白质进行降解。E1泛素激活酶1激活泛素E1泛素激活酶是启动泛素化过程的第一种酶。它催化ATP依赖性反应，形成泛素和E1酶之间的硫酯键。人类基因组编码两种E1酶：UBE1和UBA6。UBE1是主要的E1酶，负责激活用于大多数泛素化过程的泛素。2转移泛素E1酶在将泛素转移到E2泛素结合酶中起着至关重要的作用。E1酶与E2酶结合，并将激活的泛素转移到E2酶的活性位点。此转移对于泛素化过程的继续至关重要。E2泛素结合酶接受泛素E2泛素结合酶从E1酶接收泛素，并形成泛素和E2酶之间的硫酯键。人类基因组编码多种E2酶，每种酶对不同的E3连接酶具有特异性。E2酶在确定将哪些蛋白质泛素化中起着至关重要的作用。1与E3结合E2酶与E3泛素连接酶结合，促进泛素转移到底物蛋白质。E2酶与E3酶的相互作用对于泛素化过程的特异性和效率至关重要。2E3泛素连接酶1底物识别E3泛素连接酶负责识别底物蛋白质并催化泛素从E2转移到底物。E3连接酶提供泛素化过程的特异性，确保只标记正确的蛋白质进行降解。人类基因组编码数百种不同的E3连接酶，每种酶对不同的底物蛋白质具有特异性。2泛素转移E3连接酶通过两种主要机制催化泛素转移：HECT机制和RING机制。在HECT机制中，泛素首先转移到E3酶的活性位点，然后再转移到底物蛋白质。在RING机制中，E3酶充当支架，促进E2酶和底物蛋白质之间的直接泛素转移。E3连接酶的种类1HECT2RING3CRLE3泛素连接酶是泛素-蛋白酶体系统中蛋白质底物特异性的主要决定因素。这些酶促进泛素从E2泛素结合酶转移到靶蛋白。存在三种主要类型的E3连接酶：HECT连接酶、RING连接酶和Cullin-RING连接酶(CRL)。人类基因组编码500多个E3连接酶。每个E3连接酶识别特定的蛋白质底物或底物，以进行泛素化和随后的蛋白酶体降解。E3连接酶是各种细胞过程（包括细胞周期进程、信号传导和DNA修复）的关键调节器。HECTE3连接酶HECT（同源于E6-APC末端）E3连接酶的特征是存在一个约350个氨基酸的C末端HECT域。HECT域催化泛素转移到靶蛋白。HECT连接酶通过两步机制发挥作用。首先，E2酶将泛素转移到HECT域中的保守半胱氨酸残基，形成硫酯中间体。然后，泛素从HECT域转移到靶蛋白。人类基因组编码约28个HECT连接酶。HECT连接酶参与各种细胞过程，包括发育、信号传导和免疫。例如，HECT连接酶E6-AP参与肿瘤抑制蛋白p53的泛素化和降解。RINGE3连接酶RING结构域RING（真正感兴趣的新基因）E3连接酶的特征是存在一个RING结构域，这是一个约40-60个氨基酸的锌结合结构域。RING结构域不直接催化泛素转移，而是充当支架，将E2酶和底物蛋白招募在一起。这促进了泛素从E2酶直接转移到底物蛋白。多样性RING连接酶是人类基因组中最丰富的E3连接酶类型，编码600多个成员。RING连接酶参与各种细胞过程，包括细胞周期进程、信号传导和DNA修复。RING连接酶形成大型多蛋白复合物，这些复合物调节其活性和底物特异性。Cullin-RINGE3连接酶(CRLs)Cullin支架Cullin-RINGE3连接酶(CRLs)是最大的E3连接酶家族，在细胞过程的调节中发挥着至关重要的作用。CRL以Cullin支架蛋白为特征，它组装成一个多亚基复合物，招募RING结构域蛋白和底物识别亚基。这种模块化设计允许CRL泛素化多种底物。底物识别CRLs通过各种底物识别亚基发挥作用，这些亚基与Cullin支架蛋白结合并募集特定底物进行泛素化。不同的底物识别亚基赋予CRL底物特异性，使其能够调节各种细胞过程，包括细胞周期进程、DNA修复和信号传导。CRL的活性受多种机制的调节，包括Cullin的泛素化和去泛素化。SCF复合物1多亚基复合物SCF（Skp1-Cullin-F-box蛋白）复合物是CRL的一个well-characterized例子，它在细胞周期进程的调节中发挥着至关重要的作用。SCF复合物由四个亚基组成：Skp1、Cullin1、Rbx1和F-box蛋白。Cullin1充当支架蛋白，而Rbx1招募RING结构域蛋白。2底物特异性F-box蛋白决定SCF复合物的底物特异性。人类基因组编码多个不同的F-box蛋白，每个蛋白对不同的底物具有特异性。SCF复合物泛素化各种底物，包括细胞周期蛋白、转录因子和信号分子。SCF复合物的活性受多种机制的调节，包括F-box蛋白的磷酸化和泛素化。APC/C复合物有丝分裂APC/C（后期促进复合物/细胞周期体）是另一个well-characterized的CRL，它在细胞周期进程（尤其是有丝分裂期间）的调节中发挥着至关重要的作用。APC/C是一种大型多亚基复合物，它泛素化各种底物，包括securin和细胞周期蛋白B。后期转变APC/C介导securin的泛素化导致其降解，释放分离酶，分离酶是一种蛋白酶，可切割使姊妹染色单体保持在一起的粘着蛋白。这允许姊妹染色单体分离并在有丝分裂后期迁移到对立的两极。APC/C还泛素化细胞周期蛋白B，这导致其降解并导致有丝分裂退出。泛素链的形成多泛素化泛素化不是一个单事件，而是可以重复多次以形成泛素链的过程。泛素链由通过异肽键连接的多个泛素分子组成。泛素链的类型会影响泛素化蛋白质的命运。例如，连接到Lys48的泛素链会标记蛋白质进行蛋白酶体降解，而连接到Lys63的泛素链则参与非降解过程，如信号传导和DNA修复。链的影响泛素链的形成受多种因素的调节，包括E3连接酶的类型、底物蛋白质和细胞环境。泛素链的长度和分支也会影响泛素化蛋白质的命运。例如，较长的和更分支的泛素链更有可能标记蛋白质进行蛋白酶体降解。蛋白质的多泛素化修饰1信号传递蛋白质的多泛素化修饰是细胞信号传递、DNA修复和蛋白质运输中的一种重要调控机制。它涉及将多个泛素分子附着到单个蛋白质底物上，导致不同的信号传递和细胞后果。2连接类型可以发生不同类型的泛素化修饰，包括单泛素化（将单个泛素分子附着到底物上）、多泛素化（将多个泛素分子附着到不同位置的底物上）和链泛素化（泛素分子相互连接形成链）蛋白酶体结构与功能降解酶蛋白酶体是一种大型蛋白酶复合物，负责降解细胞中泛素化的蛋白质。它由一个20S核心颗粒(CP)和一个或两个19S调节颗粒(RP)组成。20SCP具有蛋白酶活性，而19SRP负责识别泛素化的蛋白质、将它们展开并将它们转移到20SCP以进行降解。1降解步骤蛋白酶体是细胞中的一种必需复合物，因为它在去除受损或错误折叠的蛋白质以及调节各种细胞过程（包括细胞周期进程、信号传导和转录）方面起着至关重要的作用。蛋白酶体的活性受多种机制的调节，包括蛋白酶体亚基的磷酸化和泛素化以及蛋白酶体抑制蛋白的结合。220S核心颗粒1结构20S核心颗粒(CP)是蛋白酶体的蛋白酶活性核心。它由四个堆叠的环组成，每个环包含七个亚基。外环由α亚基组成，内环由β亚基组成。β亚基具有蛋白酶活性。2活性位点20SCP具有三种不同的蛋白酶活性：胰蛋白酶样、糜蛋白酶样和羧肽酶样。这些活性由β亚基中的三种不同的活性位点进行催化。20SCP能够以不受控制的方式降解蛋白质。因此，它受到19SRP的严格调节。19S调节颗粒1组件2解旋酶3底物19S调节颗粒(RP)是一种附着在20SCP上的大型多亚基复合物。它负责识别泛素化的蛋白质、将它们展开并将它们转移到20SCP以进行降解。19SRP由两个亚复合物组成：一个盖和一个基座。盖包含泛素受体，这些泛素受体识别泛素化的蛋白质。基座包含ATP酶，这些ATP酶展开蛋白质并允许它们进入20SCP。19SRP在调节蛋白酶体活性中起着至关重要的作用。它确保只有泛素化的蛋白质被降解，并且蛋白质在受控的方式下降解。19SRP还参与调节20SCP的活性。蛋白酶体的底物识别Rpn13Rpn10Rpn1蛋白酶体是一种高度调节的蛋白酶复合物，可以降解细胞中的泛素化蛋白质。蛋白酶体可以识别各种底物，包括错误折叠的蛋白质、受损的蛋白质和短寿命的调节蛋白。蛋白酶体底物识别是一个复杂的过程，涉及多个因子，包括泛素链、泛素受体和蛋白酶体亚基。蛋白酶体底物识别受多种机制的调节，包括泛素链的磷酸化和泛素化以及蛋白酶体抑制蛋白的结合。泛素链是蛋白酶体底物识别的重要决定因素。蛋白酶体包含多个泛素受体，这些受体识别不同类型的泛素链。例如，泛素受体Rpn13特异性识别连接到Lys48的泛素链，而泛素受体Rpn10则识别连接到Lys63的泛素链。泛素受体通过将泛素化的蛋白质募集到蛋白酶体来促进底物识别。蛋白酶体的激活与抑制激活剂蛋白酶体是一种高度调节的蛋白酶复合物，可以降解细胞中的泛素化蛋白质。蛋白酶体的活性受多种因素的调节，包括蛋白酶体亚基的磷酸化和泛素化以及蛋白酶体激活蛋白和抑制蛋白的结合。蛋白酶体的活性可以通过激活蛋白酶体亚基或抑制蛋白酶体抑制蛋白来激活。蛋白酶体的活性可以通过抑制蛋白酶体亚基或激活蛋白酶体抑制蛋白来抑制。抑制剂蛋白酶体激活剂是增加蛋白酶体活性的分子。蛋白酶体激活剂可以通过多种机制发挥作用，包括结合到蛋白酶体上，促进蛋白酶体构象的变化，从而增强其蛋白酶活性，与蛋白酶体抑制蛋白结合，防止它们抑制蛋白酶体，并增加蛋白酶体亚基的表达，从而导致更多的蛋白酶体复合物。蛋白酶体的作用机制识别底物蛋白酶体利用多步机制来降解蛋白质。首先，蛋白酶体通过其盖结构域上的泛素受体识别泛素化的底物。识别后，底物将被解折叠，如果够大，将被切割成更小的肽，然后通过盖结构域传递到20S核心中。肽键切割20S核心由4个环组成，包括负责切割肽键的蛋白酶活性位点。切割后，释放肽片段。然后以氨基酸的形式从细胞中回收这些片段。自噬作用概述1细胞自噬自噬是一种细胞过程，涉及将细胞成分输送到溶酶体进行降解和回收。它是一种保守的进化过程，在细胞稳态、发育和疾病中发挥着至关重要的作用。自噬可以通过降解受损的细胞器、错误折叠的蛋白质和聚集体来帮助细胞适应压力，从而促进细胞的存活。自噬还可以通过消除入侵的病原体和激活免疫反应来参与免疫。2不同类型存在三种主要的自噬类型：巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬(CMA)。巨自噬涉及形成双膜囊泡（称为自噬体），该囊泡包裹货物并将其输送到溶酶体。微自噬涉及溶酶体膜的直接内陷以包裹货物。CMA涉及通过分子伴侣的帮助将蛋白质选择性地输送到溶酶体。所有三种自噬类型都受到多种机制的调节，包括mTOR途径和AMPK途径。自噬的类型巨自噬巨自噬是最well-characterized的自噬类型。它涉及形成双膜囊泡（称为自噬体），该囊泡包裹细胞器和蛋白质并将其输送到溶酶体进行降解。巨自噬受Atg基因的调节。这些基因编码参与自噬体形成的蛋白质。微自噬微自噬涉及溶酶体膜直接内陷以包裹细胞器和蛋白质。微自噬受多种蛋白质的调节，包括Lamp2a。Lamp2a是一种溶酶体膜蛋白，可识别和结合将被微自噬降解的蛋白质。微自噬不像巨自噬那样well-characterized。CMA分子伴侣介导的自噬(CMA)是一种选择性自噬，它涉及通过分子伴侣的帮助将蛋白质输送到溶酶体。分子伴侣（如热休克蛋白hsc70）结合将被CMA降解的蛋白质，并将它们输送到溶酶体膜上的Lamp2a。然后将蛋白质解折叠并通过Lamp2a进入溶酶体腔。CMA在蛋白质质量控制和细胞稳态中起着至关重要的作用。巨自噬囊泡形成巨自噬是一种细胞过程，涉及形成称为自噬体的双膜囊泡。这些自噬体包裹细胞质成分，例如受损的细胞器或错误折叠的蛋白质，并将它们输送到溶酶体进行降解和回收。巨自噬受一组称为Atg基因的蛋白质的严格调控，这些基因协调自噬体的形成和融合。货物输送巨自噬在细胞稳态和应对压力方面起着至关重要的作用。它通过去除受损的细胞器和蛋白质聚集体来帮助细胞适应营养饥饿、氧化应激和病原体感染等压力。此外，巨自噬参与各种生理过程，包括发育、免疫和衰老。微自噬1吞噬微自噬是一种细胞过程，涉及溶酶体膜的直接内陷，以包裹细胞质成分。与形成自噬体并将货物输送到溶酶体的巨自噬不同，微自噬直接在溶酶体边界发生。这种货物输送方式允许选择性和有针对性地降解细胞质成分。2溶酶体微自噬参与各种细胞过程，包括蛋白质质量控制、细胞器稳态和营养回收。它有助于去除受损的蛋白质和细胞器，防止聚集和细胞功能障碍。此外，微自噬可以通过降解细胞质成分来为营养饥饿期间提供能量，从而为细胞提供能量。尽管它很重要，但与巨自噬相比，微自噬的分子机制的研究较少。分子伴侣介导的自噬Hsc70分子伴侣介导的自噬(CMA)是一种选择性自噬途径，涉及通过热休克蛋白hsc70的帮助将特定蛋白质输送到溶酶体。CMA在蛋白质质量控制和细胞稳态中起着至关重要的作用，因为它允许选择性地去除受损或错误折叠的蛋白质。CMA受多种因素的调节，包括应激、营养状况和蛋白质修饰。1LAMP2ACMA的第一个步骤是结合将被降解的蛋白质。这些蛋白质包含CMA靶向基序，该基序被细胞质分子伴侣（如hsc70）识别。然后将分子伴侣-蛋白质复合物输送到溶酶体膜，在该膜上它与溶酶体膜蛋白LAMP2A结合。LAMP2A充当受体，促进蛋白质解折叠并转运到溶酶体腔中进行降解。2自噬的分子机制1Atg基因自噬是一种复杂的过程，涉及多个基因和蛋白质的协调作用。自噬的关键调节器是一组称为Atg（自噬相关）基因的基因。Atg基因编码参与自噬体形成的蛋白质。至少有40个Atg基因被鉴定出来，它们分为几个功能组。2复合体Atg基因的一个功能组参与ULK1复合物的形成。ULK1复合物对于启动自噬至关重要。它由ULK1、Atg13、FIP200和Atg101组成。另一个Atg基因功能组参与Beclin1复合物的形成。Beclin1复合物对于自噬体的成核至关重要。它由Beclin1、Vps34、Vps15和Ambra1组成。ULK1复合物1启动自噬2复合物3磷酸化ULK1复合物是启动自噬的关键调节器。它由ULK1（一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶）、Atg13、FIP200和Atg101组成。ULK1复合物在ER上易位并磷酸化多种底物，包括Beclin1，以启动自噬过程。ULK1的活性受mTOR的调节，mTOR是一种蛋白质激酶，在富含营养的情况下抑制ULK1。在营养饥饿时，mTOR失活，这导致ULK1复合物的激活和自噬的诱导。ULK1复合物还在自噬的负调控中发挥着作用。ULK1可以磷酸化mBeclin1复合物Beclin1复合物是一种参与自噬体成核的多蛋白复合物。它由Beclin1、Vps34、Vps15和Atg14L组成。Beclin1充当支架蛋白，招募Vps34、Vps15和Atg14L。Vps34是一种磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)，它磷酸化磷脂酰肌醇以产生磷脂酰肌醇3-磷酸(PI3P)。PI3P对于自噬体的募集和组装至关重要。Beclin1复合物受到多种因素的调节，包括营养状况、应激和疾病。在营养饥饿时，Beclin1复合物被激活，这导致自噬体的成核增加。在应激时，Beclin1复合物也可以被激活，这有助于保护细胞免受损害。在疾病中，Beclin1复合物经常受到损害，这导致自噬受损。PI3P的合成关键脂质磷脂酰肌醇3-磷酸(PI3P)是一种关键的脂质信号分子，在自噬、膜转运和细胞生长等多种细胞过程中发挥着至关重要的作用。PI3P由III类磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)，Vps34产生。Vps34与Beclin1、Vps15和Atg14L形成复合物。该复合物靶向到内膜，在那里它磷酸化磷脂酰肌醇以产生PI3P。过程PI3P在自噬中的重要性通过以下事实得到证实：Vps34或Beclin1的突变会导致自噬缺陷。PI3P募集含有PI3P结合域的蛋白质，例如Atg18。Atg18对于自噬体的募集和组装至关重要。LC3的修饰LC3微管相关蛋白1A/1B-轻链3(LC3)是一种广泛用于监测自噬的蛋白质。LC3是哺乳动物Atg8的蛋白质。LC3在翻译后被加工成两种形式：LC3-I和LC3-II。LC3-I是胞浆形式的LC3。LC3-II是一种与自噬体膜结合的脂化形式的LC3。标记物LC3-II的形成对于自噬体的形成至关重要。LC3-II还用于监测自噬。LC3-II的水平与自噬体的数量相关。因此，通过测量LC3-II的水平可以确定自噬的速率。LC3-II可以通过多种方法测量，包括免疫印迹、免疫荧光和流式细胞术。自噬体的形成1过程自噬体的形成是一个多步过程，涉及多个Atg蛋白的协调作用。该过程从自噬体的成核开始，自噬体是一种双膜结构，最终将包裹细胞质成分。成核受ULK1复合物和Beclin1复合物的调节。ULK1复合物激活Beclin1复合物，Beclin1复合物募集其他Atg蛋白到位点，并导致PI3P的合成。PI3P对于自噬体的募集和组装至关重要。2扩张自噬体的扩张受到两个泛素样结合系统的调节：Atg12结合系统和LC3结合系统。Atg12结合系统涉及将Atg12结合到Atg5。然后，Atg12-Atg5结合物与Atg16L1结合形成Atg12-Atg5-Atg16L1复合物。该复合物靶向到自噬体，它促进自噬体的扩张。LC3结合系统涉及将LC3结合到磷脂酰乙醇胺(PE)。LC3-PE靶向到自噬体，它促进自噬体的扩张。自噬体与溶酶体的融合融合自噬体的最后一步是与溶酶体融合。溶酶体是一种含有降解酶的细胞器。当自噬体与溶酶体融合时，自噬体的内容物被释放到溶酶体中，并在那里被降解。自噬体与溶酶体的融合受到多种蛋白质的调节，包括SNARE蛋白质。SNARE蛋白质是一种膜结合蛋白质，介导囊泡与靶细胞器的融合。SNARE蛋白质参与自噬体与溶酶体的融合包括syntaxin17、VAMP8和SNAP29。调控自噬体与溶酶体的融合受到多种因素的调节，包括营养状况、应激和疾病。在营养饥饿时，自噬体与溶酶体的融合增加，这有助于提供细胞能量。在应激时，自噬体与溶酶体的融合也可以增加，这有助于保护细胞免受损害。在疾病中，自噬体与溶酶体的融合经常受到损害，这导致自噬受损。自噬的调控mTOR自噬是一种细胞过程，用于降解和回收细胞成分。它在细胞稳态、发育和疾病中起着至关重要的作用。自噬受到多种信号通路的严格调控，包括mTOR途径和AMPK途径。AMPKmTOR途径是一种主要的生长和代谢调节器。它响应营养状况、生长因子和应激而激活。当mTOR激活时，它会抑制自噬。AMPK途径是一种细胞能量传感器。它响应低能量水平而激活。当AMPK激活时，它会激活自噬。mTOR通路1丝氨酸激酶雷帕霉素靶蛋白(mTOR)是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，属于磷脂酰肌醇3-激酶相关激酶(PIKK)家族。它是两种不同的复合物mTORC1和mTORC2的催化亚基。mTORC1由mTOR、mLST8、PRAS40和raptor组成。mTORC2由mTOR、mLST8、rictor、mSin1和protor组成。2调控器mTORC1是一种主要的生长和代谢调节器。它响应营养状况、生长因子和应激而激活。mTORC1激活会导致蛋白质合成增加、自噬减少和糖酵解增加。mTORC2是一种较少地well-characterized的复合物。已知它参与调节细胞骨架组织和葡萄糖代谢。mTORC2激活会导致Akt磷酸化和细胞存活增加。AMPK通路能量传感器AMP激活蛋白激酶(AMPK)是一种细胞能量传感器。它响应低能量水平而激活。AMPK的激活会导致能量产生增加、能量消耗减少和自噬增加。AMPK是一种异三聚体复合物，由一个催化亚基(α)和两个调节亚基(β和γ)组成。γ亚基结合AMP、ADP和ATP。AMP和ADP的结合激活AMPK，而ATP的结合抑制AMPK。1通路AMPK通过多种机制激活自噬。AMPK可以磷酸化ULK1，这导致ULK1复合物的激活和自噬体的成核增加。AMPK还可以磷酸化Beclin1，这导致Beclin1复合物的激活和自噬体的成核增加。AMPK还可以抑制mTOR，这导致自噬的诱导。2细胞应激与自噬1内稳态自噬是一种保守的细胞过程，在响应各种细胞应激时诱导，从而恢复细胞内稳态。压力源，如营养缺乏、缺氧、热休克和氧化应激，会触发自噬途径的激活，从而清除受损的细胞器、错误折叠的蛋白质和聚集体。2信号响应细胞应激的自噬调控涉及复杂的信号网络。mTOR途径是自噬调控中的一个关键传感器，在富含营养的条件下抑制自噬。然而，在营养剥夺时，mTOR失活，从而激活自噬。其他应激信号，如氧化应激和内质网应激，也可以通过不同的途径激活自噬。自噬在细胞中的作用1蛋白质稳态2细胞器3免疫自噬是一种在细胞功能中发挥着至关重要的作用的多用途过程。自噬的主要作用之一是维持蛋白质稳态。通过选择性地去除和降解受损或错误折叠的蛋白质，自噬可以帮助防止蛋白质聚集和毒性应激的积聚。这种蛋白质的质量控制对于细胞功能的健康至关重要，并可以预防与蛋白质错误折叠相关的疾病。自噬还参与细胞器的清除。受损或功能失调的细胞器可以通过自噬过程有选择地靶向和降解，包括线粒体（线粒体自噬）、内质网（ER自噬）和核糖体（核糖体自噬）。这种选择性清除有助于维持健康的细胞器库，并防止功能失调的细胞器引起的细胞损伤。蛋白质降解在细胞周期中的作用蛋白质降解在细胞周期的精确调控中起着至关重要的作用，细胞周期是一个复杂的过程，细胞通过复制其遗传物质并分成两个子细胞。蛋白酶体，是一种降解细胞内蛋白质的大型蛋白酶复合物，发挥着至关重要的作用，以降解关键细胞周期调节器，从而确保细胞周期的按顺序推进和适当的调控。在细胞周期的各个阶段，需要降解特定的蛋白质来触发转变和推进过程。例如，细胞周期蛋白是驱动细胞周期进展的关键调节器，它们在特定时间点被合成和激活，然后在特定阶段完成其功能后通过泛素-蛋白酶体系统降解。蛋白质降解与信号通路稳态蛋白质降解是信号通路中的一个基本过程，对维持细胞稳态和调节细胞反应至关重要。信号通路是一种复杂的相互连接的蛋白质网络，这些蛋白质在细胞内传递信号，协调各种细胞过程，如生长、分化、代谢和凋亡。蛋白酶蛋白质降解，特别是通过泛素-蛋白酶体系统(UPS)实现的蛋白质降解，在信号通路中发挥着至关重要的作用，通过精确地控制信号蛋白的水平和寿命来确保信号传递的适当时间和幅度。UPS涉及对靶蛋白进行泛素化，即附着一种小的调节蛋白泛素，将其标记进行蛋白酶体降解。蛋白酶体是一种大型蛋白酶复合物，可以降解泛素化蛋白质，从而有效地消除信号通路中的信号蛋白。蛋白质降解与疾病神经退行性蛋白质降解是细胞内稳态的一个基本过程，在维持细胞健康和预防疾病方面起着至关重要的作用。蛋白质降解途径的破坏，如泛素-蛋白酶体系统(UPS)和自噬，与各种人类疾病有关，包括神经退行性疾病、癌症和感染。肿瘤在神经退行性疾病中，蛋白质降解受损会导致错误折叠和聚集的蛋白质的积聚，这会导致神经元功能障碍和死亡。例如，在阿尔茨海默病中，β-淀粉样蛋白斑块和tau蛋白缠结的积聚会导致神经元变性和认知能力下降。同样，在帕金森病中，α-突触核蛋白的聚集会导致多巴胺能神经元的损失。神经退行性疾病1聚集神经退行性疾病是其特征在于神经元进行性损失的一组使人衰弱的疾病，会导致运动、认知和行为障碍。这些疾病通常与大脑中错误折叠和聚集的蛋白质的积聚有关，导致神经元功能障碍和细胞死亡。蛋白质降解途径，特别是泛素-蛋白酶体系统(UPS)和自噬，在清除这些聚集蛋白质并维持神经元健康方面起着至关重要的作用。2破坏破坏UPS和自噬的遗传突变或环境因素会导致错误折叠和聚集的蛋白质的积聚，从而促进神经退行性疾病的发展。例如，与帕金森病相关的特定基因的突变会损害UPS的功能，导致α-突触核蛋白（帕金森病中发现的一种主要蛋白质）积聚，并最终导致多巴胺能神经元的损失。同样，自噬受损与阿尔茨海默病、亨廷顿病和肌萎缩侧索硬化症(ALS)等神经退行性疾病有关。癌症不受控制癌症是一组其特征在于细胞不受控制地生长和扩散的疾病。细胞周期、细胞凋亡和DNA修复的破坏是癌症发展的标志。蛋白质降解途径，特别是泛素-蛋白酶体系统(UPS)，在调节这些过程以及癌症的发展和进展中起着至关重要的作用。靶向UPS通过调节细胞周期蛋白、转录因子和促凋亡蛋白等各种调节蛋白的水平，在细胞周期控制中发挥着至关重要的作用。在许多癌症中，UPS的失调会促进不受控制的细胞增殖、抵抗细胞凋亡和转移。因此，蛋白酶体抑制剂，如硼替佐米，已经开发出来并被用于治疗多发性骨髓瘤和套细胞淋巴瘤。这些药物通过阻断蛋白酶体的活性来发挥作用，导致泛素化蛋白的积聚，从而导致癌细胞死亡。感染宿主细胞感染是指微生物（如病毒、细菌、真菌和寄生虫）入侵宿主细胞或组织，导致疾病。宿主细胞内的蛋白质降解途径在应对感染和免疫反应中起着至关重要的作用。自噬，即一种细胞“自我吞噬”过程，通过吞噬和降解细胞内病原体来发挥作用，这一过程被称为异噬。自噬可以将微生物输送到溶酶体进行降解，从而有效地消除感染并启动适应性免疫反应。防御此外，自噬还参与抗原呈递，即将病原体衍生肽呈递给免疫细胞进行识别和消除。蛋白质降解途径还参与调节炎症反应，这是对感染的关键防御机制。泛素-蛋白酶体系统(UPS)通过调节炎症细胞因子的水平，从而确保适当的免疫激活并防止过度炎症损伤，从而发挥作用。蛋白质降解的调控异常与疾病1错误折叠蛋白质降解途径的调控异常，如泛素-蛋白酶体系统(UPS)和自噬，与各种人类疾病的发展和进展有关。这些调控异常可能导致错误折叠和聚集的蛋白质的积聚、细胞器功能障碍和受损的细胞稳态，从而导致细胞功能障碍和疾病发展。2受损在许多疾病中，蛋白质降解途径的调控受损会导致错误折叠和聚集的蛋白质的积聚，这会对细胞产生毒性。例如，在神经退行性疾病中，如阿尔茨海默病和帕金森病，错误折叠的蛋白质（如β-淀粉样蛋白和α-突触核蛋白）的积聚会导致神经元功能障碍和死亡。蛋白质聚集体的形成会压倒蛋白质降解途径，导致细胞应激、炎症和最终的神经退行性变。靶向蛋白质降解的药物开发治疗蛋白质降解在细胞稳态、信号传导和疾病中起着至关重要的作用，它已成为药物开发的一个有吸引力的靶标。靶向蛋白质降解途径的策略具有治疗各种疾病的潜力，包括癌症、神经退行性疾病和感染。1途径一种策略是开发针对参与蛋白质降解的特定蛋白质的抑制剂。例如，蛋白酶体抑制剂，如硼替佐米，已被用于治疗多发性骨髓瘤。这些药物通过阻断蛋白酶体的活性来发挥作用，导致泛素化蛋白的积聚，从而导致癌细胞死亡。另一种策略是开发增强蛋白质降解途径的活性的激活剂。例如，雷帕霉素是mTOR的抑制剂，可以激活自噬。雷帕霉素已被证明在各种疾病模型中具有保护作用，包括癌症、神经退行性疾病和心血管疾病。2蛋白酶体抑制剂癌症蛋白酶体抑制剂是一种阻断蛋白酶体活性的药物。蛋白酶体是一种在细胞中降解不需要的蛋白质的蛋白质复合物。通过阻断蛋白酶体的活性，蛋白酶体抑制剂会导致细胞中蛋白质的积聚，这会导致细胞死亡。蛋白酶体抑制剂已被用于治疗多种癌症，包括多发性骨髓瘤、套细胞淋巴瘤和慢性淋巴细胞白血病。副作用蛋白酶体抑制剂通常耐受性良好，但它们会导致一些副作用，包括疲劳、恶心、呕吐、腹泻和周围神经病变。周围神经病变是一种损害神经的疾病，会导致疼痛、麻木和手脚无力。蛋白酶体抑制剂是一类很有希望的癌症治疗药物。它们在治疗多种癌症方面有效，并且通常耐受性良好。然而，重要的是要注意，它们会导致一些副作用。自噬激动剂1诱导自噬激动剂是一类增加自噬速率的化合物。自噬是一种细胞过程，通过这种过程，细胞降解和回收其自身的成分。自噬在细胞稳态、发育和疾病中起着至关重要的作用。自噬激动剂可以用于治疗各种疾病，包括癌症、神经退行性疾病和感染。2雷帕霉素有多种不同类型的自噬激动剂。一种类型的自噬激动剂是通过抑制mTOR来发挥作用的。mTOR是一种抑制自噬的蛋白质激酶。抑制mTOR会导致自噬增加。一些mTOR抑制剂包括雷帕霉素、依维莫司和替西罗莫司。另一种类型的自噬激动剂是通过激活AMPK来发挥作用的。AMPK是一种激活自噬的蛋白质激酶。激活AMPK会导致自噬增加。一些AMPK激动剂包括二甲双胍、奥贝胆酸和别嘌醇。自噬抑制剂减少自噬抑制剂是一类减少自噬速率的化合物。自噬是一种细胞过程，通过这种过程，细胞降解和回收其自身的成分。自噬在细胞稳态、发育和疾病中起着至关重要的作用。自噬抑制剂可以用于治疗各种疾病，包括癌症、神经退行性疾病和感染。氯喹有多种不同类型的自噬抑制剂。一种类型的自噬抑制剂是通过抑制PI3K来发挥作用的。PI3K是一种参与自噬体成核的蛋白质激酶。抑制PI3K会导致自噬减少。一些PI3K抑制剂包括3-甲基腺嘌呤(3-MA)和沃特曼宁。另一种类型的自噬抑制剂是通过抑制溶酶体来发挥作用的。溶酶体是一种细胞器，负责降解自噬体的内容物。抑制溶酶体会导致自噬减少。一些溶酶体抑制剂包括氯喹和巴佛洛霉素A1。PROTAC技术介绍双功能PROTAC（蛋白水解靶向嵌合体）技术是一种很有希望的治疗策略，它利用泛素-蛋白酶体系统(UPS)有选择性地降解目标蛋白质。PROTAC是一种双功能分子，包含两个连接子：一个与目标蛋白质结合，另一个与E3泛素连接酶结合。通过将目标蛋白质与E3连接酶结合，PROTAC促进目标蛋白质的泛素化和随后的蛋白酶体降解。选择性PROTAC技术为药物开发提供了几个优点。首先，PROTAC是催化作用的，这意味着单个PROTAC分子可以降解多个目标蛋白质分子。其次，PROTAC对目标蛋白质具有高度选择性，这减少了脱靶效应的风险。第三，PROTAC可以降解传统小分子抑制剂无法靶向的蛋白质。PROTAC的作用机制1结合PROTAC（蛋白水解靶向嵌合体）是一种双功能分子，包含两个连接子：一个与目标蛋白质(POI)结合，另一个与E3泛素连接酶结合。PROTAC介导POI和E3连接酶之间的邻近效应，促进POI的