張宏Cell子刊點評細胞自噬新機制
日期:2016-05-25 08:53:29
細胞自噬(autophagy)是真核生物中一種高度保守的代謝程序,自噬過程的調控異常,會引發感染、癌癥、糖尿病等多種疾病,因此近年來,細胞自噬已經成為了生命科學領域的研究熱點。
哺乳動物有兩個酵母自噬啟動ATG1激酶同源蛋白:ULK1和ULK2,被統稱為ULK激酶。越來越的研究證據表明ULK1蛋白激酶是自噬啟動和進展的重要調控因子。然而目前對于ULK1促進自噬的分子機制卻仍不是很清楚。近期一組研究人員發現ULK1和ULK2對于神經元基底細胞自噬來說并不是必需的,但ULK1和ULK2能磷酸化SEC16A,調控ER輸出,這一成果公布在5月19日的Molecular Cell雜志上。
中國科學院生物物理研究所張宏研究員等人發表了題為“The Incredible ULKs: Autophagy and Beyond”的評述文章,介紹了以上這項重要的研究發現,指出這一研究擴展了自噬蛋白非自噬依賴性功能,也就是說這些蛋白具有更多的作用。
細胞自噬是自噬小體介導的細胞降解途徑。自噬過程包括自噬小體的形成、延伸、閉合以及與溶酶體的融合。在正常情況下,細胞自噬有助于維持機體的內部穩定。當環境條件變得艱難時(例如營養物質匱乏),細胞可以通過自噬降解蛋白質和細胞器,獲得必需的營養物質確保自身生存。
自噬相關基因(autophagy associated gene, ATG)是目前研究熱點之一,這種哺乳動物基因編碼蛋白的同源物ULK1和ULK2也是備受科學家們關注的焦點。這項研究指出了這兩種蛋白的更多作用,為了解自噬提供了新的觀點。
此前科學家曾發現當氨基酸缺乏或mTOR抑制時,激活的ULK1會磷酸化Beclin-1的Ser 14位點,由此提高VPS34復合體活性。通過ULK導致Beclin-1 Ser 14位點磷酸化是哺乳動物充分誘導自噬的必要條件,且保守存在于秀麗隱桿線蟲之中。由此,新研究揭示了一條通過ULK1激活促自噬脂酶VPS34,誘導自噬的新分子機制。
由于細胞自噬是細胞清除受損組織的一種重要途徑,這些受損組織如果不清除,就會對細胞產生有害影響,并且這也是細胞在饑餓狀態下,消化部分營養物質的一種重要方式。從更廣泛的方面說,細胞自噬缺陷與人類疾病,如癌癥和神經退行性疾病存在密切的關聯。正常細胞自噬出現錯誤,也與細胞損傷積累和衰老有關。了解細胞內參與自噬的蛋白分子及其它們的關聯機制,將有助于從源頭上認識自噬相關疾病,并為這些疾病的診斷和治療提供新的靶點。
廈門大學的研究人員也發現p32通過與ULK1形成復合物調控其穩定性與激酶活性。敲低p32會促進ULK1的K48位泛素化,同時抑制ULK1的K63位泛素化,最終導致了ULK1的蛋白酶體途徑降解。
進一步研究發現,敲低p32明顯抑制饑餓誘導的細胞自噬以及解偶聯劑誘導的線粒體自噬。在p32敲低的細胞中回補外源ULK1,細胞自噬與線粒體自噬明顯得到恢復。線粒體的及時更新是保證氧化磷酸化過程正常進行的必要前提,p32調控自噬這一發現,從另一個角度為p32調控氧化磷酸化過程提供了可能的分子機制。
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