细胞自噬与肿瘤关系研究获进展
细胞自噬的基础知识与研究进展
细胞自噬的基础知识与研究进展细胞自噬(autophagy)是指细胞自身分解和回收废弃物质的一种过程,具有维持细胞内环境平衡、细胞生长、代谢和身体适应力等方面的重要作用。
它是细胞生物学领域中的一大研究热点,得到了广泛关注。
一、细胞自噬的三种类型细胞自噬分为三种类型:微型自噬(microautophagy)、宏型自噬(macroautophagy)和小体自噬(chaperone-mediated autophagy,CMA)。
其中,微型自噬与宏型自噬是非选择性自噬,而小体自噬则是选择性自噬。
微型自噬是指细胞通过直接将废物分解成小的空泡来完成清除废物的过程。
宏型自噬则是通过将废物包裹进一个由双层膜组成的泡膜内,使其与溶酶体融合、分解的过程。
而小体自噬则是通过由Hsc70蛋白、LAMP-2A和HSP90组成的复合物来识别、捕获并分解特定蛋白质的过程。
二、细胞自噬的生化机制细胞自噬不仅涉及大量的细胞生物学蛋白质,还涉及到一些细胞内化学物质。
自噬的基本过程首先涉及由Atg(autophagy-related gene)基因编码的多种蛋白质在细胞内的调节作用。
这些蛋白质可以调节自噬与外环境的联系,以及与涉及的细胞运输相关的分解系统的作用。
细胞自噬的开始通常是由Atg1和Atg13等蛋白复合体的存在调节的,这些蛋白质作为自噬衍生的起点,启动成为自我糖化的起点。
蛋白复合体说大多是保存在细胞滋生蛋白(ER)突出物内或腺苷酸酰化酶(mTOR)等控制细胞自我代谢的重要酶中。
细胞自噬的早期主要涉及细胞内与mTOR有关的信号转导通路和PtdIns3K(磷脂酰肌醇3-激酶)通路。
其中,mTOR通路通过进一步活化Ras相关蛋白、主导蛋白(PKB或AKT)等蛋白的更多生物活性,使得下游的Atg1和Atg13蛋白被阻止,从而抑制细胞自噬的过程。
而PtdIns3K通路则是自噬开始的关键,它通过生成PtdIns3P(磷脂酰肌醇3-磷酸)在细胞的自噬小泡形成中发挥了作用。
细胞自噬与肿瘤发生发展的关系
细胞自噬与肿瘤发生发展的关系细胞自噬是一种基本的细胞生物学进程,是细胞通过消化和回收自身组分维持内部环境稳定的重要方式。
细胞自噬具有多种功能,包括清除老化、病毒、细菌等有害物质,有助于重组蛋白质,修复 DNA 损伤,提高细胞存活和运作效率等。
因此,细胞自噬在固体瘤、恶性肿瘤等疾病研究领域中引起了广泛关注。
细胞自噬与固体瘤固体瘤的发生、发展与细胞自噬密切相关。
在正常细胞中,细胞自噬是一种维持细胞稳态的重要机制。
而在肿瘤细胞中,细胞自噬可以通过多种方式参与肿瘤的发生,发展以及对治疗的反应。
一方面,研究表明,在固体瘤中,细胞自噬可以调节瘤细胞的生长、分化、凋亡、转移等生物学特征,促进恶性肿瘤的发生、发展。
例如,研究人员发现,肝癌细胞中自噬通过通路调节瘤细胞的代谢,增加瘤细胞获得性外带,改善瘤细胞生存能力等方式促进肝癌发生、发展。
另一方面,细胞自噬也可以通过清除代谢产物、抵御氧化应激、发挥防癌作用,减少恶性肿瘤对外部环境的依赖性。
一些研究表明,减少瘤细胞自噬,则会加速肿瘤的发展,而增加瘤细胞自噬则可以减少瘤细胞的发展。
此外,细胞自噬的性质还可能取决于肿瘤的类型、程度、发展以及治疗阶段等诸多因素。
细胞自噬与恶性肿瘤自噬参与了恶性肿瘤的发生,进展和治疗。
自噬功能维护癫痫肿瘤细胞的存活、代谢和增殖,防止由于外部环境恶劣(如低氧、脱落等)导致的细胞死亡。
在自噬过程中,细胞合成自噬体并降解其内部组分,将代谢产物外泄到外面,为肿瘤细胞提供充足的营养和能量,然后将其再次利用于蛋白质的再生和生物学过程中其他步骤的执行。
根据研究显示,瘤细胞即使在自噬过程中仍然可以进行生殖和生长,从而导致肿瘤的进展和恶化。
我们可以发现,相对于正常细胞,多数恶性肿瘤在自噬过程中的表现和需要不同。
特别是当与初始或初级的恶性肿瘤不同,当癌症发展到足够严重的状况时,自噬反而会加速癌症的发展。
这是因为在癌症的发展过程中,细胞自噬不仅可以通过维持癌症细胞的营养和代谢生物学过程,还可以抵抗细胞凋亡和抗药性等出现的多种问题。
细胞自噬与疾病关系的研究进展
细胞自噬与疾病关系的研究进展绪论细胞自噬是一种细胞内质物降解和再利用的重要途径,通过细胞器膜的包裹和溶酶体内酶的降解,细胞自噬可以清除异常或老化的细胞组分,维持细胞内环境的稳定。
近年来,随着细胞自噬的研究深入,人们发现细胞自噬与多种疾病的发生发展密切相关。
本文将就细胞自噬与几种常见疾病的关系进行综述。
第一章细胞自噬与癌症癌症是一种细胞再生异常的疾病,细胞自噬在癌症的发生发展过程中发挥着重要作用。
研究表明,细胞自噬可以通过降解异常增殖的细胞,减少DNA损伤引起的突变率,从而抑制癌症发生。
同时,细胞自噬还可以通过清除癌细胞内产生的有害代谢产物,提高癌细胞的耐药性。
然而,在癌症晚期,细胞自噬的活性过高会导致正常细胞的降解,从而促进肿瘤生长和扩散。
因此,研究细胞自噬与癌症的相互关系对于癌症治疗具有重要意义。
第二章细胞自噬与神经系统疾病神经系统疾病主要包括阿尔茨海默病、帕金森病等,这些疾病的共同特点是神经细胞的异常聚集和退行性变。
细胞自噬与神经系统疾病之间存在复杂的关系。
在神经退行性疾病中,细胞自噬的功能通常受到损害,导致异常蛋白的聚集和神经元的死亡。
研究发现,通过激活细胞自噬途径,可以促进异常蛋白的降解和神经细胞的存活,从而可能成为治疗神经系统疾病的新策略。
第三章细胞自噬与心血管疾病心血管疾病是目前全球范围内最常见的疾病之一,如冠心病、心肌梗死等。
研究发现,细胞自噬与心血管疾病之间存在密切的关系。
细胞自噬可以通过清除心脏细胞内的有害蛋白和异常细胞器,维持心脏细胞的功能稳定。
同时,细胞自噬还可以通过控制心肌细胞的代谢平衡,减少心脏组织的损伤和纤维化,从而保护心脏免受心血管疾病的损害。
因此,研究细胞自噬在心血管疾病中的作用具有重要的临床意义。
第四章细胞自噬与炎症性疾病炎症性疾病包括肾炎、炎症性肠病等,这些疾病的发生与细胞自噬的异常调节密切相关。
研究发现,细胞自噬在免疫细胞中的调节可影响其分泌炎症因子的能力,进而影响炎症的发生和发展。
细胞自噬在肿瘤治疗中的作用及机制
细胞自噬在肿瘤治疗中的作用及机制肿瘤治疗一直是临床医学研究的热点,近年来细胞自噬作为新的治疗靶点受到了广泛的关注。
细胞自噬是一种细胞内自我降解的过程,可以清除细胞内损伤的蛋白质和细胞器,维持细胞的稳态。
然而,在某些条件下,自噬可以促进肿瘤的发生和发展。
因此,利用自噬的特点,干预其发生和发展,对于肿瘤治疗具有非常重要的意义。
1. 细胞自噬在肿瘤中的作用及机制细胞自噬在肿瘤发生和发展中起到了不同的作用。
在早期肿瘤的发生阶段,自噬通常发挥消除损伤的细胞和保持细胞稳态的作用。
然而,在肿瘤进展到后期时,往往会导致细胞自噬的过度激活,从而促进肿瘤的生长和扩散。
这是因为细胞自噬会导致损伤DNA和细胞周期的异常,从而诱发肿瘤的发生和发展。
细胞自噬的机制复杂,其主要包括自噬酶体的形成和运输、自噬前体的选择,以及自噬酶体的吞噬和降解过程。
其中,自噬酶体的形成和运输是最关键的步骤。
在细胞中,自噬酶体的形成和运输需要一系列的ATP酶的参与,如Atg4、Atg5和Atg7等。
这些ATP酶的参与使得三次空穴复合体的形成得以进行,从而进一步促进自噬酶体的形成和运输。
自噬酶体形成和运输的过程中,还涉及到一些特殊的蛋白质,如LC3和p62等。
这些特殊的蛋白质在自噬酶体的形成和运输过程中起到了至关重要的作用。
2. 细胞自噬在肿瘤治疗中的应用由于细胞自噬在肿瘤治疗中起到了不同的作用,因此,针对自噬的干预成为了治疗肿瘤的重要手段之一。
首先,阻断细胞自噬的相关信号通路是治疗肿瘤的一个有效策略。
在肿瘤发生和发展的过程中,往往有多种因素可以导致自噬的过度激活。
针对这种情况,可以选择特定的自噬信号通路进行干预,从而抑制肿瘤的细胞生长和扩散。
例如,靶向蛋白激酶MTOR的抑制剂Rapamycin可以促进细胞自噬的过度激活,从而抑制肿瘤的生长和扩散。
其次,利用自噬诱导剂可以促进肿瘤细胞的死亡。
在某些情况下,通过诱导肿瘤细胞的自噬过度激活,可以导致其死亡。
细胞自噬在肿瘤治疗中的应用
细胞自噬在肿瘤治疗中的应用在癌症治疗中,细胞自噬是一种新兴而重要的治疗方案。
它是一种细胞内部自我分解物质的过程,通常出现在细胞被饥饿或遭受胁迫时。
细胞自噬是一种高度保守的生物进化过程,在哺乳动物中被广泛研究。
它基于细胞内部的自噬体,通过产生的内部膜体系来将细胞的自身代谢物进行吞噬、分解和回收利用。
在细胞的生命周期中,细胞自噬扮演着重要的角色,为细胞提供了维持代谢平衡的主要途径。
然而,在生物体内,细胞自噬的不正常激活可能导致肿瘤的发生和进展。
在某些情况下,细胞自噬可能会促进肿瘤细胞的存活,进而导致肿瘤的发生和扩散。
然而,在一些情况下,细胞自噬可能会抑制肿瘤的生长和扩散,这种反常现象表明细胞自噬机制在肿瘤发生和进展中扮演着复杂的角色。
现已证实在某些情况下,治疗方法中结合利用细胞自噬过程能对患者的治疗效果产生积极影响。
研究人员利用细胞自噬机制抑制癌细胞繁殖的原理,开发出许多新型的治疗药物。
这些药物是通过在体内诱导细胞自噬从而使病人的癌细胞衰竭。
这类治疗方法不仅能够阻止肿瘤细胞的生长,进而控制癌症的生长,还能更好的减轻患者身体的负担,加速治疗。
此外,细胞自噬在癌症治疗中的应用和普遍意义上的药物治疗有所区别。
普遍意义上的药物治疗通常是广谱性的,具有毒性很大,几乎同时摧毁癌细胞和正常细胞,对患者的身体造成伤害。
与普遍意义的治疗方案不同的是,利用细胞自噬的治疗方法主要针对癌细胞,从而减轻患者身体的负担。
细胞自噬在肿瘤治疗中的应用也面临着一系列的挑战和困难。
首先,目前尚未找到显著有效的靶向药物,使得治疗过程中发生毒副作用的概率高。
其次,由于癌症的复杂性,不同的患者和肿瘤也存在巨大差异,需要针对性的治疗方案。
因此,目前还需要更多与临床实践紧密结合的研究来推进这项治疗技术的发展。
总之,细胞自噬在肿瘤治疗中的应用具有广泛的潜力和前景。
随着医学技术的不断进步,细胞自噬技术对于治疗癌症的作用将会更为明显。
我们有理由相信,在不久的将来,细胞自噬治疗将成为肿瘤治疗领域的一个重要话题,为肿瘤的治疗做出更大的贡献。
细胞自噬与肿瘤发生的关系
细胞自噬与肿瘤发生的关系细胞自噬,又叫细胞内吞噬,是细胞内部的一种生物学现象,它通过将细胞内的垃圾物质,包括坏死的、老化的细胞器和蛋白质以及内部过度累积的有害物质等进行清除,从而保障细胞的正常运作。
这项自噬过程在健康细胞中能够很好地维护细胞稳态和功能,然而,它的失控却也会导致多种疾病的发生,其中包括肿瘤。
肿瘤是一种特殊类型的疾病,它的发生原因十分复杂,一般认为是由多种基因的异常激活或失活所导致的。
众所周知,癌症细胞与正常细胞存在着截然不同的生长特征和行为模式。
它们更倾向于夺取更多的养分、不断增殖和扩散,这一过程同时还会引发一系列高度复杂的生化反应和信号通路的改变,从而进一步促进肿瘤的发生和发展。
那么,细胞自噬与肿瘤发生之间存在什么样的关联呢?在一些最近的研究中,科学家们通过采用各种先进生物技术,对细胞自噬与肿瘤发生之间关系的探究已经有了一些新的突破。
首先,细胞自噬对肿瘤发生的影响是复杂的。
通过对各种动物和人类的实验材料进行研究,科学家发现,细胞自噬对于某些肿瘤的发生有着十分重要的防范作用。
在这些肿瘤中,细胞自噬可以帮助细胞及时处理下降的蛋白质和能量,从而保证肿瘤细胞的生物学平衡,防止其发生恶性变化。
此外,在某些癌症治疗中,利用细胞自噬来降低癌症细胞的生长能力也是一种比较有效的治疗手段。
其次,细胞自噬对肿瘤发生也具有一定的促进作用。
在一些情况下,细胞自噬会通过降低细胞对内外界的反应和刺激敏感性,从而让肿瘤细胞逃避免疫系统的攻击。
此外,当癌原物质和其他有害物质被积累在细胞内时,细胞自噬反而会通过释放有害物质继续促进恶性肿瘤的发展进程。
最后,科学家们也注意到了细胞自噬与肿瘤发生之间的可变性。
也就是说,细胞自噬并不是在每一种环境下对肿瘤的发生和发展产生直接影响的。
例如,在细胞内能量和养分充足的情况下,细胞自噬反而可能会对肿瘤细胞的恶性形态发生转化发挥正面作用。
而在缺乏养分时,细胞自噬反而可能会起到抑制作用。
细胞自噬在胃癌中的研究进展
自噬来 源 于希 腊 语 “ tp a y , C r t n Auo h g ” 由 h i i sa d v 于 4 eDu e 0年前 首次 提 出 ] 是指 依 赖 细胞 自身 : 溶酶 体 以 降解 / 除过 剩 或 受 损 的细 胞 器 、 叠 错 清 折
误 的蛋 白质 以及 入 侵 的微 生 物 等 的 生 理病 理 过 程 。
这种 现象 广泛 存在 于 真 核 细胞 中 , 有 机 体 内 的细 为
为 自噬体 膜 上 的 L 3 -1 当了 受体 的角 色 , 目 C B 1充 与
标 被 降解物 上 的适 配 体 分 子结 合 , 进 了它 们 的选 促 择 性摄 取与 降解_ 。 _ 5 ]
1 3 自噬 的 分 子 调 控 机 制 .
胞器 更新 及新 陈代 谢 动 态平 衡 的必 需 方式 之 一 , 在
正 常生理 状 态 下 以基 础 水 平 维 持 细 胞 内环 境 的动 态平 衡 ( 如细 胞 内蛋 白、 胞器 的更 新 ) 在肿 瘤 、 细 , 神 经退 行性 变 、 肌 病 、 尿 病 、 病 、 心 糖 肝 自身 免 疫 性 疾 病、 感染 和衰 老等疾 病 的发 生 发展 中也 占有 重要 的
地位。
1 2 自噬 的 类 型 及 过 程 .
目前 , 母 中 已发 现 的参 与 自噬 调 控 的 基 因 酵 ( G) 3 AT 有 4种 , 在 进 化 上 极 为 保 守 。 自噬 过 程 其 的调 控机制 非 常复 杂 , 目前 尚未 完 全 阐 明。一 些 信
号转 导 通 路 如 mTO 信 号 途 径 、 酸 肌 醇~一 酶 R 磷 3激
及 基 因组损 伤等 ) 而减 少肿 瘤发 生 。 胃癌 是 最 常见 的 消化 道 恶性 肿 瘤 , 占全 球 肿 瘤 死 亡原 因的 第. 位 。 目 2 - 前 研 究发现 , 自噬 基 因的 突变及表 达 改变 与 胃癌 的发 生发 展 有 着非常 密切 的联 系。探 讨 细胞 自噬 与 胃癌 的 关 系将 有助 于 阐明 胃癌的发 生 、 展及 预后 等一 系列 问题 , 发 并为 胃癌 的预 防 、 治提供 新 的 思路 。本 文就 细 诊
细胞自噬机制的研究进展和意义
细胞自噬机制的研究进展和意义自噬是一种重要的细胞代谢过程,它指的是细胞通过自身内在的酶体系统将细胞内废旧蛋白质、细胞器和其他有害分子分解和消化的过程。
这种自我消除的方式在生理和病理条件下都扮演着非常重要的角色。
自噬作为人体维持健康的一个重要机制,科学家们在近些年来对其进行了广泛的研究,取得了不少进展。
一、细胞自噬的基本过程在细胞内,蛋白质通过蛋白酶或酪氨酸酶的降解过程,最终分解成氨基酸。
而氨基酸是细胞需要的材料之一,可以用于细胞新陈代谢,包括合成新的蛋白质、核酸等生物大分子以及能量代谢需要的酶等。
然而,这并不是所有废弃物质都可以通过这种方式被处理。
在这种情况下,细胞通过自噬过程将废旧物质包裹在液泡内,并释放到细胞质中进行降解和再利用。
细胞自噬的基本过程包括以下几个步骤:(1)自噬体的形成:通过泡状物质产生多层次的包裹,使废旧物质包裹到足够大小的自噬体内,然后自噬体与溶酶体融合;(2)自噬体的降解:自噬体内的酸性酶体消化废旧物质,产生氨基酸和小分子化合物,并释放到细胞质中;(3)自噬体内蛋白产物的运输:这些产物可以被运输到各种不同的位置。
例如,产物可以被直接用作合成新的蛋白质和能量代谢所需酶的材料或被运输到其他细胞内或细胞外位置。
二、细胞自噬的生理功能细胞自噬的主要功能是通过排除废弃物质提供能量和氨基酸来维持细胞内环境的稳定。
此外,自噬还有其他重要的生理功能:1.维护细胞稳态:一方面,自噬能够清除细胞内过度的异常细胞,另一方面,它也可以帮助细胞对环境变化做出适应性反应,以维持细胞内外离子平衡、代谢水平和其他关键生理过程的稳定。
2.维护细胞分化和发育:细胞自噬不仅参与细胞体内分子生物学过程的维持,还可以在细胞分化和发育中发挥重要作用。
3.抗老化:随着年龄的增长,细胞代谢速度和功能下降,导致自身修复能力丧失。
自噬具有抗衰老的能力,通过清除细胞内有害物质,减少细胞自身积累的有害物质对生命的毒害。
4.免疫调节:细胞自噬也可以在免疫调节中发挥作用。
细胞自噬研究中的进展
细胞自噬研究中的进展近年来,细胞自噬这一重要的细胞代谢途径已经成为了生物学研究的焦点之一。
在细胞自噬中,细胞通过吞噬某些细胞成分并将其分解成基本有机物质,然后再利用这些有机物质来维持细胞的正常代谢活动。
自噬作为一种细胞代谢途径,在正常生理过程中扮演着重要的角色,同时也参与了许多病理过程的发生与发展。
在对自噬的研究中,许多新的成果与发现已经出现,这些成果不仅丰富了我们对细胞自噬的认识,也为临床治疗提供了一些新的思路。
一、氨基酸的利用与自噬氨基酸是构成蛋白质的基本单元,在细胞自噬中扮演着重要的角色。
在一般情况下,当人体内的蛋白质发生分解时,其产生的氨基酸会参与到新蛋白质的合成中,以维持正常的生理代谢活动。
不过,在一些特殊情况下,如饥饿状态下,人体会分解储存的蛋白质以获取能量,该过程称作蛋白质分解代谢。
当蛋白质分解代谢发生时,氨基酸会被释放出来,并进入人体内进行再生产或者参与到其他细胞代谢途径中。
最近有研究表明,自噬在氨基酸来源消耗极度有限的条件下能够起到维持细胞代谢活动的作用。
例如,当人体在饥饿状态下持续进行有氧运动,会导致血浆氨基酸水平迅速降低,从而影响肌纤维的合成和能量供应。
而自噬作为一种重要途径,可以通过吞噬和分解损耗的蛋白质来维持肌纤维的正常合成和能量供应,从而保证身体的正常代谢活动。
二、自噬在防治肿瘤中的应用肿瘤是当代医学面临的一个重要难题,不同的肿瘤发生部位和类型导致其治疗方法和效果都存在很大差异。
正因为如此,许多研究人员开始将细胞自噬这一途径作为一种新的治疗手段来探索。
在肿瘤治疗中,目前大部分的手段都是通过化疗或者放疗来消灭癌细胞,但是由于肿瘤细胞自身的特殊性质,该方法常常会导致癌细胞的死亡能力下降,从而诱导出相应的耐药性。
据研究人员统计,自噬作用在肿瘤细胞中可以通过若干途径协同发挥作用。
首先,通过吞噬膜受体,自噬系统可以针对性地吞噬某些靶向物质,从而有效地消灭肿瘤细胞。
其次,自噬作用在调节肿瘤细胞的代谢过程和细胞周期中扮演着重要角色,从而阻止细胞的生长和繁殖。
细胞自噬与肿瘤的关系
细胞自噬与肿瘤的关系细胞自噬是一种维持细胞内环境稳定的机制,是通过将细胞内的废旧蛋白质、脂质、碳水化合物等有害物质包裹成囊泡,送入溶酶体进行降解和循环利用。
而肿瘤细胞则是由于基因突变、表达不稳定等因素导致细胞功能失调,无限增殖和分化,形成的细胞群体。
细胞自噬与肿瘤之间存在着深刻的关系,在细胞自噬的调节过程中,会对肿瘤生长和治疗产生影响。
一、细胞自噬在肿瘤中的作用1.促进肿瘤细胞生长在肿瘤生长和发展过程中,存在着多种压力形成的环境,如缺氧、营养不足等条件下,细胞自噬会被激活,为肿瘤细胞提供营养,促进其生长和扩散。
例如,研究表明,在肝癌细胞中抑制自噬可以减少肝癌细胞的生长和扩散。
2.增加肿瘤对化疗药物的耐受性细胞自噬在治疗癌症中也扮演着重要的角色,肿瘤细胞中的自噬作用可以增加对化疗药物的耐受性。
例如,细胞自噬可以通过清除受体蛋白,减少对化疗药物的敏感性。
3. 逆转肿瘤细胞的周期性特征细胞自噬还可能通过逆转肿瘤细胞的周期性特征,减低肿瘤对DNA损伤性应激的反应,增加其生长的速率。
尤其对于一些恶性的肿瘤,其细胞分化程度低,受控制因素较少,容易适应细胞自噬的环境而且不受化学治疗div所限制。
二、如何调控细胞自噬肿瘤的发生和发展与细胞自噬密切相关,因此调控细胞自噬有望作为一种新的抗肿瘤治疗策略。
现有的研究表明,可以通过抑制自噬或者激活自噬来调控细胞的自噬作用。
以下是一些调控细胞自噬的策略:1.制定特殊的饮食计划通过制定特殊的饮食计划,可改善肿瘤患者内环境,提高细胞自噬水平。
例如,高酸性饮食和高脂饮食会抑制细胞自噬,增加肿瘤细胞增殖和扩散。
相反,低酸性和低脂饮食等健康饮食习惯则有助于细胞自噬的正常进行。
2. 利用化学制剂调节自噬过程化学制剂可被用于调节细胞自噬作用的程度,从而影响肿瘤细胞的生长。
例如,卡培他滨(Capetabine)和Diofluromethylornithine(DFMO)等药物可阻断细胞自噬,从而抑制肝癌细胞的生长和扩散。
双刃剑自噬与肿瘤发生发展的关系及相关靶点小分子药物研究进展
中国细胞生物学学报 Chinese Journal of Cell Biology2021,43(1): 170-178DOI: 10.11844/cjcb.2021.01.0021双刃剑:自噬与肿瘤发生发展的关系及相关靶点小分子药物研究进展黄晨恺朱萱+(南昌大学第一附属医院消化内科,南昌330006)摘要 自噬是哺乳动物细胞内重要且复杂的生理活动,同样影响着肿瘤的发生与进展。
随着抗肿瘤药物的广泛使用,肿瘤耐药问题日益突出,影响患者预后。
多年研究显示,肿瘤自噬与耐药密 切相关。
目前,已有越来越多的自噬相关小分子药物被用来调节肿瘤自噬活动,以求其能被广泛运 用于抗癌方案之中。
该文将针对自禮在癌症发生发展过程中的分子机制及相关小分子药物的研究 进展进行综述,以期对肿瘤相关的自噬活动有更深入的认识,并为后期药物开发工作提供借鉴。
关键词 自噠;小分子药物;肿瘤进展Double-Edged Sword: the Relationship between Autophagy andTumorigenesis and the Development of Small-Molecule DrugsH U A N G Chenkai,Z H U X u a n*(Department of D igestive Disease, the First Affiliated Hospital ofNanchang University, Nanchang 330006, China)Abstract A utophagy i s an important and complex physiological activity in m a m m a l i a n cells,which also affects the occurrence and progression of tumors.With the widely use of anti-tumor drugs,the problem of tumor resistance b e c o m e s increasingly prominent,which affects the prognosis of patients.A t present,various kinds of small molecule drugs related to autophagy have been used to find out“one shot f i t s all”strategies to conquer drug resistance problem in tumor.This article reviews the molecular m e c h a n i s m of autophagy in tumorigenesis and the research progress of related small molecule drugs,to have a deeper understanding of cancer-related autophagy ac-tivities and provide references for future drug development.Keywords autophagy;small molecule drugs;tumorigenesis自噬是一个高度保守的细胞生理过程,是一种 依靠自噬小体,对受损的细胞器或蛋白质复合体进 行非选择性或选择性的包裹,将其与胞质隔离,并与 溶酶体结合,最终形成自噬溶酶体维持细胞稳态的 方式[1]。
细胞自噬与肿瘤发生发展的关系研究
细胞自噬与肿瘤发生发展的关系研究细胞自噬(autophagy)是一种维持细胞内稳态的重要生理过程,通过分解和清除细胞内储存的有害物质,为细胞提供能量和新陈代谢产物。
然而,近年来的研究表明,细胞自噬与肿瘤发生发展之间存在着紧密的关系。
本文将探讨细胞自噬在肿瘤发生发展中的作用和影响。
一、细胞自噬在肿瘤抑制中的作用细胞自噬在肿瘤发生发展的初期起到了抑制肿瘤细胞生长的作用。
当细胞受到缺氧、营养不足、损伤等外界刺激时,自噬作为一种应激反应被激活,通过降解和清除细胞内的异常蛋白质和有害物质,维护了细胞内环境的稳定。
此外,细胞自噬还可以清除细胞内的损伤DNA,减少遗传物质的突变积累,从而抑制了肿瘤基因的突变和致癌。
二、细胞自噬与肿瘤生长的关联然而,在肿瘤发展的后期,细胞自噬的作用开始发生变化,并与肿瘤的生长和进展密切相关。
研究发现,肿瘤细胞中的自噬通常被过度激活,导致了肿瘤生长的进一步促进。
细胞自噬可以为肿瘤细胞提供所需的氨基酸和能量,维持肿瘤细胞的生存和增殖。
此外,细胞自噬还可以促进肿瘤细胞的浸润和转移,并增强肿瘤细胞的耐药性,使肿瘤对化疗药物产生抵抗。
三、靶向细胞自噬的肿瘤治疗策略基于细胞自噬与肿瘤发展的密切关系,近年来,针对细胞自噬的肿瘤治疗策略也得到了广泛的研究和应用。
研究人员发现,抑制细胞自噬可以通过削弱肿瘤细胞的存活能力和增殖能力,抑制肿瘤的生长和进展。
目前,已经开发出多种靶向细胞自噬的药物,如氯喹(chloroquine)和羟基氯喹(hydroxychloroquine)等,这些药物通过抑制细胞自噬的发生和进行,达到抗肿瘤的效果。
此外,还有一些潜在的靶向细胞自噬的新药物正在不断被发现和研发。
四、细胞自噬在肿瘤微环境中的作用除了对肿瘤细胞本身的作用外,细胞自噬还在肿瘤微环境中发挥着重要的调节作用。
研究表明,肿瘤相关的炎症因子可以通过调节细胞自噬的发生和活性,进一步促进肿瘤的生长和转移。
此外,细胞自噬还可以改变肿瘤周围的血管生成和免疫细胞浸润,从而为肿瘤提供更适宜的生长环境。
自噬与肿瘤关系的研究进展
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细胞自噬在肿瘤发生发展中的作用
细胞自噬在肿瘤发生发展中的作用细胞自噬是一种重要的生物过程,它涉及到细胞内受损或多余物质的降解和再利用。
近年来,细胞自噬在肿瘤发生发展中的作用逐渐受到。
本文将探讨细胞自噬如何影响肿瘤的发生、发展和治疗,并讨论这一领域的未来研究方向。
细胞自噬是一种高度保守的生物学过程,它通过溶酶体途径降解细胞内受损的蛋白质、脂质和衰老的细胞器等。
细胞自噬在细胞代谢、免疫应答和应激反应等方面具有重要作用。
在肿瘤发生发展过程中,细胞自噬的失调也扮演了重要角色。
许多研究表明,细胞自噬在肿瘤发生中具有保护作用。
在致癌因子作用下,细胞自噬可以通过降解受损的细胞器和蛋白质,减少细胞内突变积累,从而防止细胞恶性转化。
然而,在某些情况下,细胞自噬也可能促进肿瘤的发生。
例如,在基因突变导致的肿瘤中,细胞自噬可能无法有效降解突变蛋白,从而促进肿瘤的发展。
在肿瘤发展过程中,细胞自噬的作用具有双重性。
一方面,细胞自噬可以通过降解癌细胞的多余或受损成分,抑制肿瘤的增殖和扩散。
另一方面,细胞自噬也可以促进肿瘤的适应性和抵抗性,帮助肿瘤细胞逃避免疫监视和抵抗化疗药物。
研究发现,一些肿瘤细胞可以利用细胞自噬来适应缺氧和营养缺乏等不利环境,从而促进肿瘤的恶性生长。
细胞自噬的调控机制十分复杂,包括基因突变、信号转导等多种因素。
在肿瘤发生发展过程中,一些关键基因和信号通路的改变可能影响细胞自噬的功能。
例如,抑癌基因Beclin 1和BCL-2的相互作用是调节细胞自噬的关键环节之一。
mTOR信号通路和HIF-1α信号通路也在细胞自噬调控中发挥重要作用。
虽然我们对细胞自噬在肿瘤发生发展中的作用有了更深入的了解,但仍然存在许多未知领域需要进一步研究。
未来的研究方向包括:深入探讨细胞自噬在特定肿瘤类型中的作用及其机制,例如在不同类型的肺癌、乳腺癌和结直肠癌中,细胞自噬的作用可能存在差异。
研究细胞自噬与其他生物学过程如凋亡、坏死和免疫应答之间的相互作用,以及这些相互作用在肿瘤发生发展中的意义。
细胞自噬对肿瘤细胞生长的影响研究
细胞自噬对肿瘤细胞生长的影响研究概述肿瘤是由异常增殖的细胞组成的一种疾病。
肿瘤的增长不仅会影响患者的生活质量,还可能威胁到生命安全。
长期以来,人们一直在寻找治疗肿瘤的有效方法。
其中,细胞自噬被认为是调节肿瘤生长的一种重要方式。
细胞自噬细胞自噬是细胞内部通过自我“吞噬”来维持细胞的生理平衡的过程。
通过细胞自噬,细胞可以将部分细胞器以及其他不需要的蛋白质进行降解和再利用,从而维护细胞内环境的稳定。
细胞自噬在肿瘤中的作用研究发现,细胞自噬在肿瘤中表现出双重作用。
一方面,细胞自噬可以抑制肿瘤的形成和发展。
在某些情况下,细胞自噬可以促进与肿瘤细胞死亡相关的蛋白质的释放,从而抑制肿瘤生长。
另一方面,肿瘤细胞也可以利用细胞自噬来促进其生长和扩展。
在肿瘤细胞内部,细胞自噬能够为其提供足够的营养和能量,从而促进肿瘤细胞的生长和扩散。
细胞自噬对肿瘤细胞的影响研究近年来,许多研究团队都专注于细胞自噬对肿瘤细胞生长的影响研究。
其中,一些研究发现,细胞自噬能够通过抑制肿瘤细胞的凋亡和促进其增殖,从而对肿瘤细胞生长产生促进作用。
同时,还有研究表明,针对细胞自噬的药物能够对肿瘤细胞的生长产生显著的抑制效果。
细胞自噬抑制肿瘤的潜力尽管细胞自噬在肿瘤细胞中存在双重作用,但是其对于抑制肿瘤生长具有广泛的应用前景。
由于肿瘤细胞对能量和营养的需求较高,因此抑制细胞自噬可以有效地削弱肿瘤细胞的增殖能力。
此外,针对细胞自噬的药物也已经被证明对于多种肿瘤具有较好的治疗效果。
结论总体来说,细胞自噬对于肿瘤生长产生了复杂的影响。
虽然细胞自噬在一定程度上可以促进肿瘤细胞的生长和扩散,但是其对于治疗肿瘤具有重要的意义。
通过针对细胞自噬的治疗方法,可以有效地削弱肿瘤细胞的增殖能力,从而达到抑制肿瘤生长的目的。
该领域的研究仍在持续,相信在不久的将来,我们可以找到更加有效的细胞自噬调节方法来治疗各类肿瘤疾病。
细胞自噬的研究进展与应用前景
细胞自噬的研究进展与应用前景细胞自噬是指细胞利用自身的膜系统将无用或损坏的细胞器等细胞成分进行包涵和降解的生物学过程。
与细胞凋亡不同,细胞自噬是一种非常重要的生理过程,它参与细胞代谢、生长、发育和免疫应答,同时也是机体在抗击胁迫和环境变化中的重要适应性反应。
不断深入的细胞自噬研究使我们对该过程的理解越发深入,尤其是在其与多种重大疾病的关联研究中,细胞自噬显示出了广阔的应用前景。
1. 细胞自噬的基本机制及研究进展细胞自噬可以分为三个主要步骤:包涵、内向吞噬和降解。
包涵是指细胞膜在无菌部位向细胞内部闭合并形成自吞噬囊泡;内向吞噬是指囊泡被运动到溶酶体中,囊泡和溶酶体膜融合并向细胞内部释放其内容物;降解是指溶酶体内部的蛋白酶和酸性酶使包涵物质被降解成小分子。
在这个过程中,有一些基因和蛋白质起到了重要的调节作用。
例如蛋白质LC3(microtubule-associated protein 1 light chain 3)既是包涵囊泡膜的结构蛋白,也是细胞自噬的标志物;eukaryotic initiation fact or 2α (eIF2α)、mTOR调节相关蛋白、ATG(autophagy-related)蛋白等也是重要的调节因子。
虽然细胞自噬已经被发现数十年,但目前仍有许多未知领域等待我们去探索,例如自噬细胞膜的生成和分解、自噬体的运输和合并、自噬信号和调节之间的交流等。
这些问题的解答,将有助于我们更为深入地理解细胞自噬的全部过程。
2. 细胞自噬在多种疾病中的关联及其研究进展近年来,研究表明细胞自噬与多种疾病有关。
例如,Alzheimer 的病人大脑中的 Tau 蛋白纤维能刺激自噬并形成证据性的分子间电子传输,从而对细胞的稳定性和信号传递产生影响。
肝病及与脂质腺体相关的疾病研究表明,自噬能够对脂质代谢紊乱产生积极的调解作用。
结直肠炎是肠道炎症性疾病,其发病和自噬水平变化密切相关。
各种类型的癌症也与自噬有关,其中的确诊与治疗方案可进一步依靠自噬水平提供支持。
自噬参与肿瘤上皮间质转化的研究进展
·158·自噬参与肿瘤上皮间质转化的研究进展盛柏祥 浙江大学医学院附属第四医院 浙江义乌 322000摘 要:自噬和上皮-间质转化((epithelial-mesenchymal…transition,EMT)均参与癌症的发生发展,自噬可使肿瘤细胞更适应周围环境,EMT使肿瘤细胞失去上皮细胞的表现并获得间充质细胞细胞特征,因此具有更强的入侵和迁移能力。
这与其对EMT的作用密切相关。
但是,不同环境下不同肿瘤细胞诱导的自噬对EMT的影响不同,本文就自噬在肿瘤EMT中的研究进展阐述如下。
关键词:自噬 肿瘤 上皮间质转化 分子机制自噬分为大自噬,小自噬和伴侣介导的自噬(CMA)三种。
在正常情况下,自噬通过消除衰老损坏的细胞成分来保护细胞和组织,这对于静止的终末分化细胞特别重要。
饥饿条件中,其将分解衰老的细胞成分,提供营养,从而维持存活。
自噬缺陷可能肝炎,神经退行性疾病相关。
肿瘤细胞大多处于资源相对缺乏的环境中,其对于调节肿瘤细胞代谢非常重要。
自噬与肿瘤的发生和发展密切相关,但是究竟是保护作用还是驱动作用仍存在很大争议。
一般认为,在肿瘤发展的早期,自噬具有抑癌作用。
在已经形成的肿瘤中,肿瘤发生的EMT与肿瘤侵袭、转移关系密切,有研究认为肿瘤的EMT与肿瘤自噬相关。
1自噬的分类根据底物的降解途径不同,自噬可分为大自噬、小自噬、分子伴侣介导自噬。
其中大自噬研究更多。
自噬体的形成是巨噬细胞的显着特征,在应激因素的刺激下,内质形成纯净的双层膜,其延伸到外周。
这个过程是前体的形成。
自噬前体封装降解的底物(可溶性蛋白,细胞器等),此过程是自噬体的形成。
最后,自噬体与溶酶体结合形成自噬体,然后降低溶解底物以提供细胞存活所需的物质;小自噬薄膜包裹基材的直接变形是其独特之处在于小自噬可分为非选择性小自噬,选择性小自噬和内体小自噬。
自噬可由细胞内或环境压力刺激,包括营养缺乏,缺氧、和受损的细胞器等,通常,完整的大自噬过程分为以下几个阶段:诱导,囊泡成核、囊泡伸长、对接以及融合、降解和回收利用。
生物学中细胞自噬的研究
生物学中细胞自噬的研究近年来,生物学领域的一项重要研究成果是细胞自噬的发现与深入研究。
细胞自噬是指细胞通过消化自身分解产物来维持自身代谢平衡的一种细胞现象。
它的研究对于人类及动物的健康具有重要的意义与作用。
本文将围绕细胞自噬该领域展开深入探讨。
一、细胞自噬的发现细胞自噬的概念是由日本科学家吉野彰正于1992年提出的。
在细胞自噬之前,人们对于细胞分解嵌合体的理解还比较有限。
吉野彰正发现一种被人们忽视的细胞生理现象,通过将带病毒质粒的细胞置于药物处理的培养基中,结果发现该细胞可以清除质粒并将质粒分子进行分解。
随后的研究显示,直到20世纪末期,由于方法和技术的限制,广大科研人员尚未有效地探究细胞自噬现象本质。
直到技术手段的提高,人们对细胞自噬的认识才被逐渐深化,到今天,细胞自噬已经成为一个重要的生物学研究方向。
二、细胞自噬与防止肿瘤的发生目前研究表明,细胞自噬和防止肿瘤的发生密切相关。
细胞的舍去对人体是有益的,大量的研究也证明了这一点。
如果某些细胞坏死,而这些细胞没有被清除,那么这样的坏死细胞会向身体里面释放出大量的各种细胞物质,这会引起身体内部的炎症,并需要大量的细胞来进行修复。
在肿瘤的形成过程中,肿瘤细胞究竟是如何获得巨大的生命力和代谢能力呢?研究表明,肿瘤细胞的代谢与自身病理的特点以及抗肿瘤属性有关。
正是在生命过程中,细胞对自身分泌进行调整的能力,使得其能够抵抗环境和被切断时的伤害。
细胞自噬相当于调节肿瘤细胞分泌所必需的氧、糖、氨基酸和脂质等目标分子,以维持肿瘤细胞生长和分裂。
三、细胞自噬与新陈代谢相关的疾病除肿瘤之外,细胞自噬还与其他与新陈代谢相关的疾病密切相关,如糖尿病、肥胖症、神经退行性疾病和感染等。
在这些疾病的发生中,细胞自噬参与了细胞凋亡过程和制定免疫应答机制,从而使得各种疾病的发生发展更容易得到解释和理解。
四、细胞自噬对于肌肉延迟性损伤的修复作用在肌肉损伤的修复过程中,细胞自噬也扮演了非常重要的角色。
细胞自噬对胃肠道肿瘤发生发展的影响探究
细胞自噬对胃肠道肿瘤发生发展的影响探究随着现代医学技术的不断进步,对肿瘤病理生理学的研究越来越深入。
细胞自噬作为一种重要的细胞代谢途径,近年来越来越受到肿瘤相关研究的关注。
本文将探究细胞自噬对胃肠道肿瘤发生发展的影响。
一、胃肠道肿瘤简介胃肠道肿瘤是指发生在胃肠道的各种良、恶性肿瘤。
由于胃肠道是人体消化系统中最长的器官,又是最经常与外界接触和摄入有害物质的器官,因此胃肠道肿瘤的发病率较高。
胃肠道肿瘤多数都发生在内膜下,有的分散,有的成密集分布,也有的侵及肠壁的全层。
胃肠道肿瘤的发展一般经历癌前病变—早期癌(癌内)—侵袭性癌.因此,对于肿瘤的早期诊断和治疗是十分关键的,这也促进了对胃肠道肿瘤的深入研究。
二、细胞自噬概述细胞自噬是指细胞将自身周围的有害、老化物质通过溶酶体合并等途径封装并降解的保护性自噬途径。
该途径对维持生命健康具有重要意义——它能调节细胞内环境平衡并保护细胞免受损伤,还可清除细胞内异常蛋白和非功能性细胞器。
细胞自噬可以被视为是通过食物链得到的一种“自然的第二种食物链”方式。
具体而言,细胞通过吞噬、合并和分解细胞内部分膜系统组成的自噬体内的有害物质,清除细胞内不正常的细胞器、异常蛋白等废弃物,然后释放回合并为元素的化合物,重回细胞循环利用。
三、细胞自噬在胃肠道肿瘤中的功能近年来,越来越多的研究表明了细胞自噬在胃肠道肿瘤的发生发展中扮演的重要角色。
当细胞受到生理性或病理性的刺激(比如缺氧、酸碱度变化、蛋白质异常等)时,细胞自噬一方面可以促进大量有害物质的降解;另一方面,可以维持细胞内稳定的环境,阻止细胞环境继续进一步恶化。
(1)细胞自噬在肝癌中的作用一些研究表明诺如瑞特(Sorafenib)等抗肿瘤药物可以通过激活肝细胞自噬途径,从而促进肝癌细胞的自噬和凋亡。
同时,抑制正常肝细胞的自噬过程也能助长肝癌细胞的增殖。
因此,一些防治肝癌的药物也被改良,使其可激活肝细胞自噬,从而更好地抑制肝癌的发展。
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Beclin1Controls the Levels of p53by Regulating the Deubiquitination Activity of USP10and USP13Junli Liu,1,5Hongguang Xia,1,5Minsu Kim,2,6Lihua Xu,1,6Ying Li,1,2,6Lihong Zhang,1,6Yu Cai,1Helin Vakifahmetoglu Norberg,2Tao Zhang,1Tsuyoshi Furuya,2Minzhi Jin,1Zhimin Zhu,2Huanchen Wang,3Jia Yu,1 Yanxia Li,1Yan Hao,1Augustine Choi,4Hengming Ke,3Dawei Ma,1,*and Junying Yuan2,*1State Key Laboratory of Bioorganic and Natural Products Chemistry,Shanghai Institute of Organic Chemistry,Chinese Academyof Sciences,354Fenglin Lu,Shanghai200032,China2Department of Cell Biology,Harvard Medical School,240Longwood Avenue Boston,MA02115,USA3Department of Biophysics and Biochemistry,University of North Carolina at Chapel Hill,Chapel Hill,NC27599,USA4Brigham and Women’s Hospital,75Francis Street,Boston,MA,02115,USA5These authors contributed equally to this work6These authors contributed equally to this work*Correspondence:madw@(D.M.),jyuan@(J.Y.)DOI10.1016/j.cell.2011.08.037SUMMARYAutophagy is an important intracellular catabolic mechanism that mediates the degradation of cyto-plasmic proteins and organelles.We report a potent small molecule inhibitor of autophagy named ‘‘spautin-1’’for s pecific and p otent aut ophagy in hib-itor-1.Spautin-1promotes the degradation of Vps34 PI3kinase complexes by inhibiting two ubiquitin-specific peptidases,USP10and USP13,that target the Beclin1subunit of Vps34complexes.Beclin1is a tumor suppressor and frequently monoallelically lost in human cancers.Interestingly,Beclin1also controls the protein stabilities of USP10and USP13 by regulating their deubiquitinating activities.Since USP10mediates the deubiquitination of p53,regu-lating deubiquitination activity of USP10and USP13 by Beclin1provides a mechanism for Beclin1to control the levels of p53.Our study provides a molec-ular mechanism involving protein deubiquitination that connects two important tumor suppressors, p53and Beclin1,and a potent small molecule inhib-itor of autophagy as a possible lead compound for developing anticancer drugs.INTRODUCTIONVps34is the primordial member of the PI3kinase family and the only known class III PI3kinase that can phosphorylate the D-3 position on the inositol ring of phosphatidylinositol(PtdIns)to produce PtdIns3P(Schu et al.,1993).In contrast to class I PI3 kinase,which has been extensively studied,much less is known about the class III PI3kinase or its regulation in mammalian cells. Emerging evidence indicates a central role of Vps34PI3K activity and its protein partners in orchestrating both initiation and matu-ration of autophagosomes(Simonsen and Tooze,2009).Thus, exploring the mechanisms that regulate the class III PI3kinase has direct implications in our understanding of these important intracellular mechanisms as well as for developing therapies for treatment of human diseases.Similar to their homologs in yeast,Vps34in mammalian cells is present in two complexes:Vps34complex I and Vps34complex II(Itakura et al.,2008;Liang et al.,2006;Matsunaga et al.,2009; Zhong et al.,2009).These two complexes share the core compo-nents of Vps34,Beclin1and p150;and in addition,complex I contains Atg14L and complex II contains UVRAG.Interestingly, the stabilities of different components of Vps34complexes are codependent upon each other as knockdown of one component often reduces the levels of others in the complexes(Itakura et al., 2008).Beclin1has been characterized as a tumor suppressor,and its importance is underscored by both the frequent monoallelic loss of beclin1in human breast,ovarian and prostate tumors,and an increased rate of malignant tumors in BECN1+/Àmice(Liang et al.,1999;Qu et al.,2003;Yue et al.,2003).Although autophagy deficiency has been proposed to be the mechanism for the increased tumorigenesis in BECN1+/Àmice,a recent study using tissue-specific knockout mice of Atg5and Atg7suggests that autophagy deficiency may lead to benign tumors in livers, but not in other tissues(Takamura et al.,2011).Thus,the mech-anism of Beclin1as a tumor suppressor remains as a puzzle. Small molecule inhibitors are important tools in exploring the cellular mechanisms in mammalian cells.However,the only available small molecule inhibitor of autophagy is3-methylade-nine(3-MA),which has a working concentration of$10mM and inhibits multiple forms of PI3kinases.Therefore,there is an urgent need to develop highly specific small molecule tools that can be used to facilitate the studies of autophagy in mammalian ing an imaging-based screen,we identified a small molecule inhibitor of autophagy and developed it into a highly potent autophagy inhibitor.We named it‘‘spautin-1’’for s pecific and p otent aut ophagy in hibitor-1.We explored the Cell147,223–234,September30,2011ª2011Elsevier Inc.223mechanism by which spautin-1inhibits autophagy and found that it inhibits two ubiquitin specific peptidases,USP10and USP13,which regulate the deubiquitination of Beclin1in ing spautin-1as a tool,we explored the interac-tion of USP10and USP13with Vps34complexes.Interestingly,we found that Vps34complexes interact with USP13and the stabilities of USP10and USP13are coordinately regulated with that of Vps34complexes.Since USP10is a deubiquitinating enzyme for p53and regulates the levels of p53by controlling p53ubiquitination and degradation (Yuan et al.,2010),regulating the stability of USP10and USP13by Vps34complexes provides a molecular mechanism for class III PI3kinase to control the levels of p53.Indeed,as predicted by our model,we found that the levels of p53are reduced in the tissues of BECN1+/Àmice,which provide a molecular mechanism for the increased tumorigenesis after monoallelic loss of beclin1.Our results demonstrate that class III PI3kinase is an important tumor suppressor that can regulate the levels of p53through controlling its deubiquitination.RESULTSIsolation of a Small Molecule Inhibitor of Autophagy by an Image-Based ScreenIn an imaging-based screen using LC3-GFP as a marker for autophagy (Zhang et al.,2007),we identified a small molecule inhibitor of autophagy,MBCQ,from the ICCB known bioactive library (Figure 1A).MBCQ was previously known as aninhibitorFigure 1.Isolation of a Series of Small Molecule Inhibitors of Autophagy(A)The structure of MBCQ.(B)MBCQ reduced the spot numbers (a),spot size (b),and spot intensity (c)of LC3-GFP +puncta.H4-LC3-GFP cells were treated with rapamycin (0.2m M)and MBCQ (5m M)as indicated.The image data are expressed as %of control vehicle treated cells.1000cells were analyzed per treatment condition.(C)H4-LC3-GFP cells were treated with rapamycin (0.2m M)and MBCQ (10m M)as indicated for 2hr and the cell lysates were analyzed by western blotting using anti-LC3.b -tubulin was used as a control.(D)An active (C43=spautin-1)and an inactive (C71)derivatives of MBCQ.(E)MEF cells were treated with DMSO (1&),rapamycin (0.2m M)alone,or together with MBCQ (10m M),C43(10m M)or C71(10m M)for 4hr.The cell lysates were analyzed for western blotting using anti-LC3antibody.b -tubulin was used as a loading control.(F)Dose-response (in m M)of C43and inactive C71.H4-LC3-GFP cells were treated with rapamycin (0.2m M)for 12hr with C43or C71as indicated.The LC3-GFP +puncta were quantified as in (B).Autophagy index =%{[total LC3-GFP +spot intensity (compound+rapamycin treated)per cell]–[total LC3-GFP +spot intensity (DMSO treated)per cell]}/{[total LC3-GFP +spot intensity (rapamycin treated)per cell]–[total LC3-GFP +spot intensity (DMSO treated)per cell]}.Rap =rapamycin.(G)H4-LC3-GFP cells were treated with spautin-1(10m M)with or without E64D (5m M)for indicated periods of time.The cell lysates were analyzed by western blotting using anti-LC3and anti-b -tubulin.All error bars indicate STD.See also Figure S1and S2.224Cell 147,223–234,September 30,2011ª2011Elsevier Inc.of phosphodiesterase type5(PDE5),an enzyme that degrades cGMP by hydrolysis(MacPherson et al.,2006).Stimulation of H4-LC3-GFP cells with rapamycin led to increases in the levels of LC3-GFP as expected.A quantitative analysis of LC3-GFP puncta using high throughput microscopy showed that the treat-ment of MBCQ reduced the spot numbers as well as spot size and spot intensity of LC3-GFP dots compared to that of control or rapamycin treatment alone(Figure1B).Thus,the presence of MBCQ inhibited both basal as well as rapamycin induced LC3-GFP autophagic puncta.This result was further confirmed by LC3western blot analysis (Figure1C),and similar results were obtained using mouse embryonicfibroblast cells(MEFs)(Figure S1A).Inhibition of autophagy by MBCQ was rapid(Figure1B)and dose-dependent with an IC50of0.8m M(Figure S1B),which is significantly more potent than the commonly used class III PI3kinase inhibitor, 3-methyladenine(3-MA).We have also confirmed the autophagy inhibitory activity of MBCQ by electron microscopic studies. Cells treated with rapamycin showed a large number of autopha-gosomes with characteristic double membrane,which were conspicuously absent in cells treated with rapamycin and MBCQ(Figure S1C).Finally,the treatment of MBCQ was able to reduce the autophagic puncta of LC3-GFP in the presence of rapamycin,under starvation conditions or with bafilomycin which blocks lysosomal degradation(Figure S1D).Thus, MBCQ is an upstream inhibitor of autophagy.Autophagy-Inhibiting Activity of MBCQ Can Be Separated from Its PDE5-Inhibiting ActivityOne hundred and twelve derivatives of MBCQ were synthesized and analyzed to determine if its activity in inhibiting autophagy could be separated from its inhibition of PDE5(Table S1and data not shown).The chemical synthetic schemes are shown in the Extended Experimental Procedures.We selected9 MBCQ derivatives based on their efficacy in inhibiting autophagy and screened for their activities on PDE5(Wang et al.,2008).We found that C43(6-fluoro-N-[4-fluorobenzyl]quinazolin-4-amine), an effective autophagy inhibitor with an IC50of0.74m M(Fig-ure1D-F),which is comparable to that of MBCQ,has signifi-cantly reduced activity toward PDE5and other PDEs(Figures S2A and S2B and Table S1).Thus,the PDE5inhibiting activity of MBCQ can be chemically separated from its autophagy inhib-iting activity.Consistent with a separation of PDE5and autophagy inhibiting activities in MBCQ,there were a number of other known PDE5 inhibitors in the bioactive library that we screened,including MY-5445,dipyridamole,IBMX and sildenafil(Viagra),which were not identified as autophagy inhibitors.To further confirm this conclusion,we treated H4-LC3-GFP cells with rapamycin and other PDE5inhibitors including MY-5445,dipyridamole, IBMX or sildenafil using MBCQ as a positive control.None of the specific PDE5inhibitors tested,including the most potent PDE5inhibitor,sildenafil(Viagra)which has an IC50of2.5nM for PDE5,had any activity on autophagy(data not shown). Thus,we conclude that the autophagy inhibiting activity of MBCQ is not related to its PDE5inhibiting activity.To further examine the specificity of C43in inhibiting auto-phagy,we treated mouse embryofibroblasts(MEF)cells with C43or C71,a negative control,in the presence of rapamycin with the levels of autophagy determined by LC3western blotting. Treatment with C43,but not a negative control C71,inhibited autophagy induced by rapamycin(Figures1D–1F)and starvation (Figure S2C).We also confirmed the inhibition of autophagy by C43using electron microscopy(Figure S2D).Furthermore,the treatment of C43inhibited autophagy activated in the presence of E64D,a protease inhibitor that increases the accumulation of autophagosome by blocking lysosomal degradation(Fig-ure1G).Based on these data,we conclude that C43is a potent inhibitor of autophagy and named it‘‘spautin-1’’for s pecific and p otent aut ophagy in hibitor-1.Spautin-1Promotes Cell Death under Starvation Condition and Inhibits Autophagic Cell DeathWefirst characterized the biological effects of spautin-1at the cellular level in a selected subset of cancer cell lines.Spautin-1 had no effect on the growth and survival of Bcap-37cells under normal culture conditions(Figure2A)but dramatically enhanced cell death in glucose-free media(Figure2B).Bcap-37cells treated with spautin-1under glucose-free condition showed apoptotic morphology(Figure2C)and characteristic PARP cleavage(Figure2D).Western blotting for LC3further confirmed that autophagy was induced under glucose-free conditions, which was inhibited by spautin-1(Figure2E).Similar results were obtained with MCF-7and BT549cells(data not shown). Thus,spautin-1can sensitize tumor cells to apoptosis under nutritional deprived conditions.In contrast to the above cancer cell lines analyzed,MDCK cells,a normal cell line derived from the Madin-Darby canine kidney,treatment with spautin-1under glucose-free conditions did not undergo apoptosis(Figures S3A and S3B).Hs578Bst cells,a myoepithelial cell line established from normal tissue peripheral to a breast cancer,were also not sensitive to the treat-ment of spautin-1(Figures S3C and S3D).These results are consistent with the proposal that cancer cells are under increased metabolic pressure and therefore more sensitive to inhibition of autophagy than that of normal cells(Karantza-Wadsworth et al.,2007).Increased activation of autophagy in apoptosis deficient cells has been shown to mediate cell death(Shimizu et al.,2004).To test this possibility,we treated Bax/Bak double knockout(DKO) cells with etoposide to induce cell death by DNA damage in the presence or absence of spautin-1.We found that spautin-1 inhibited etoposide induced autophagic cell death of Bax-Bak DKO cells(Figures S3E–S3G).Thus,spautin-1can be used as a tool to explore the requirement of autophagy in cellular processes.Spautin-1Selectively Promotes the Degradationof Vps34ComplexesTo explore the mechanism by which spautin-1inhibits auto-phagy,wefirst examined the effects of spautin-1on FYVE-RFP,an indicator for the activity of class III PI3kinase,because PtdIns3P,the product of class III PI3kinase,is important for the formation of autophagosomes(Gaullier et al.,1998;Simonsen and Tooze,2009).Treatment with spautin-1(Figure3A)and MBCQ(Figure S4A)reduced the levels of FYVE-RFP puncta, Cell147,223–234,September30,2011ª2011Elsevier Inc.225but had no effect on the protein levels of FYVE-RFP (Figure S4B),suggesting that spautin-1reduced the levels of PtdIns3P.The reduction of PtdIns3P in spautin-1treated cells was confirmed using lipid dot blot analysis (Gozani et al.,2003)(Figure 3B).However,spautin-1does not inhibit the lipid kinase activity of Vps34in vitro (data not shown).Thus,spautin-1can reduce the levels of PtdIns3P in cells,but is not a direct inhibitor of class III PI3kinase activity.Interestingly,we noted that the levels of Flag-Beclin1and HA-Vps34were considerably lower in spautin-1treated cells than that of control cells (Figure 3C).In addition,treatment with spautin-1also reduced the levels of GFP-p150and Myc-Atg14L (Figures 3D and 3E).On the other hand,the treatment of spautin-1had no effect on the protein levels of GFP alone,GFP-Arf1,GFP-MT,EGFR,HA-Hrs,HA-Atg3,or GFP-Atg7(data not shown).Thus,spautin-1selectively reduces the levels of exogenously expressed components of Vps34complexes.To determine if spautin-1has a similar effect on endogenous Vps34complexes,we conducted a time course study of H4-LC3-GFP cells treated with spautin-1by western blotting.We found that the levels of endogenous Beclin1,Vps34,p150,Atg14L,and UVRAG progressively decreased in a time-depen-dent manner in the presence of spautin-1,and the effect of spau-tin-1on the levels of Vps34complexes was strongly correlated with that of LC3II (Figure 3F).Other active derivatives such as MBCQ have similar activity profiles (data not shown).In contrast,the treatment of 3-MA has no effect on the protein level of Beclin1(Figure S4C).These data confirm that spautin-1selec-tively reduces the levels of Vps34complexes in mammalian cells.To explore the mechanism by which spautin-1reduces the levels of Vps34complexes,we treated H4-LC3-GFP cells with MBCQ or spautin-1in the presence or absence of CHX.As shown in Figure 3G,the addition of spautin-1with CHX reduced the levels of Beclin1and Vps34compared to that of CHX alone,suggesting that spautin-1may promote the degradation of the class III PI3kinase complexes.To further examine this possi-bility,we treated H4-LC3-GFP cells with spautin-1in the pres-ence of MG132or NH 4Cl to inhibit proteasomal or lysosomal degradation,respectively.MG132but not NH 4Cl inhibited the reduction of Beclin1induced by spautin-1(Figure 3H).The addi-tion of MG132restored the levels of Vps34complexes as well as that of autophagy (Figure S5A).Similar results were found with transfected GFP-Beclin1in 293T cells (Figure S5B).These results suggest that spautin-1promotes the degradation of Beclin1through the proteasomal pathway.Since ubiquitination represents an essential step in mediating proteasomal degrada-tion,we tested if ubiquitination of Beclin1was increased in cells treated with spautin-1.As shown in Figure 3I,the treatment of spautin-1promoted the ubiquitination of Beclin1without an obvious effect on the global levels of ubiquitination.Taken together,we conclude that spautin-1inhibits autophagy by selectively promoting the degradation of the class III PI3kinase complexes via the proteasomal pathway.Identification of the Deubiquitinating Enzymes for Vps34ComplexesSince ubiquitination of proteins plays a critical role in mediating proteasomal degradation,we hypothesize that spautin-1targets deubiquitinating enzyme(s)(DUBs)which normally function to negatively regulate the ubiquitination of Vps34complexes.This follows from the common finding that a small molecule is more likely to be an inhibitor than an activator.To directly test this hypothesis,we screened a collection of 127siRNAs targeting Human Deubiquitinating Enzymes from the Dharmacon library SMART pools for inhibition of autophagy using H4-LC3-GFP cells as an assay.We found that only knockdown of USP10or USP13showed a consistent effect of reducing the levels of endogenous Vps34,Beclin1,Atg14L,p150and UVRAG (Figures 4A and 4B).Interestingly,the treatment of spautin-1also reduced the levels of USP10and USP13,but not USP14,a DUB involved in regulating proteasome function (Lee et al.,2010),or Rubicon,a negative regulator of type III PI3kinaseFigure 2.The Biological Effects of Spautin-1on Cellular Models of Cell DeathBcap-37cells were treated with indicated compounds in normal DMEM with 10%bovine serum (A),glucose free condition (B)or both (C-E)for 48hr.The cell viability was determined by MTT assay (A),(B),imaged using a phase contrast microscope (C)or the cell lysates were analyzed by western blotting using anti-PARP (D),anti-LC3and anti-b -tubulin (as a control)(E).All error bars indicate STD.See also Figure S3.226Cell 147,223–234,September 30,2011ª2011Elsevier Inc.(Matsunaga et al.,2009;Zhong et al.,2009)(Figure 4C).Similarly,the treatment of MEF cells with spautin-1also led to a time-dependent reduction in the levels of USP10,USP13,Vps34complexes and autophagy (Figure S5C).In addition,we compared the effects of spautin-1on HeLa and Bcap-37cells under normal culture condition and autophagy induction condi-tions (Figures S5D and S5E).Interestingly,we found that the reduction in the levels of Vps34complexes in Bcap-37cells was significantly stronger under autophagy induction conditions than that under normal culture conditions,where autophagy levels are low.Because the reductions in the levels of USP10and USP13in H4-LC3-GFP cells treated with spautin-1appeared later than the reductions in the levels of Vps34complexes and autophagy (Figure 4C),the reduced levels of USP10and USP13are unlikely to be the primary reason for the ability of spautin-1to reduce the levels of PtdIns3P and inhibit autophagy.Since the treatment with spautin-1increases the ubiquitination levels of Beclin1and knockdown of USP10or USP13reduces the levels of Vps34complexes,we considered the possibility that spautin-1targets USP10and USP13mediated the deubiquitination of Vps34complexes.We first examined the ability of USP10and USP13to mediate the deubiquitination of Vps34complexes.We found that the overexpression of USP10was highly effective in reducing the levels of ubiquitinated Beclin1,and this effect was inhibited in the presence of spautin-1(Figure 4D).Similarly,the overexpression of USP13reduced the levels of ubiquitinated Beclin1which was inhibited by spautin-1(Figure 4E).On the other hand,overexpression of USP10or USP13had no obvious effects on the ubiquitination levels of overexpressedVps34,Figure 3.Spautin-1Reduces the Levels of PtdIns3P by Promoting the Degradation of Vps34Complexes(A)H4-FYVE-RFP cells were treated with rapamycin (0.2m M)and/or spautin-1(10m M)as indicated.The image data are expressed as %of control vehicle treated cells.1000cells were analyzed per treatment condition.Rap =rapamycin.(B)MEF cells were treated with DMSO (1&),rapamycin (0.2m M),spautin-1(10m M)as indicated for 4hr.The lipids were extracted and applied onto polyvinylidene fluoride membrane.The commercial PtdIns3P was spotted as indicated for controls.The levels of PtdIns3P were detected using GST-PX-p40domain protein,which binds to PtdIns3P,and anti-GST antibody (top panel).The levels of PtdIns4P,detected using GST-PH-FAPP-1domain protein which binds to PtdIns4P,and anti-GST antibody,were used as a loading control (bottom panel).(C-E)293T cells were transfected with expression vectors of HA-Vps34and Flag-Beclin 1(C),GFP-p150(D),or myc-Atg14L (E).Twenty-four hours after transfection,cells were treated with DMSO (1&),MBCQ (10m M)or spautin-1(10m M)as indicated for 24hr.The cell lysates were analyzed by western blotting using anti-HA,anti-Flag,anti-GFP,anti-myc as indicated or anti-b -tubulin (as a control).(F)H4-LC3-GFP cells were treated with spautin-1(10m M)as indicated,the cell lysates were analyzed by western blotting using indicated antibodies.b -tubulin was used as a control.(G)H4-LC3-GFP cells were treated with CHX (10m M)or spautin-1at indicated concentrations for 12hr.DMSO (1&)was used as a negative control.The cell lysates were analyzed by western blotting using anti-Beclin1,anti-Vps34,or anti-b -tubulin (as a control).(H)H4-LC3-GFP cells were incubated with MG132(10m M)or NH 4Cl (10mM)with or without spautin-1(10m M)for 6hr.The cell lysates were analyzed by western blotting using using indicated antibodies.b -tubulin was used as a control.(I)293T cells were transfected with GFP-Beclin1and HA-Ub expression vectors.Twenty-four hours after transfection,cells were treated with spautin-1(10m M)for 24hr and MG132(5m M)was added in the last 6hr.The cell lysates were immunoprecipitated with anti-GFP antibody and the immunocomplexes were analyzed by western blotting using anti-HA antibody.All error bars indicate STD.See also Figure S4.Cell 147,223–234,September 30,2011ª2011Elsevier Inc.227Atg14L,p150,and UVRAG (Figures S6A–S6H).Taken together,these results suggest that Beclin1is the primary target of USP10and USP13.To directly test if spautin-1can inhibit the deubiquitinating activity of USP10and USP13,we tested the activity of isolated USP10and USP13on ubiquitinated Beclin1in vitro.As shown in Figures 4F and 4G,the coincubation of ubiquitinated Beclin1with USP10or USP13but not a catalytically inactive USP10mutant reduced the levels of Beclin1ubiquitination.Further-more,the presence of spautin-1inhibited the deubiquitination of Beclin1mediated by USP10and USP13.In contrast,spau-tin-1had no effect on CYLD-mediated deubiquitination of RIP1in vitro (data not shown).To further confirm this result,we devel-oped an in vitro deubiquitination assay using Ub-AMC (the C-terminal derivatization of ubiquitin with 7-amino-4-methylcou-marin),which is a fluorogenic substrate for deubiquitinatingenzymes (DUBs)(Dang et al.,1998).Using this assay,we found that spautin-1inhibited USP10and USP13with IC 50of $0.6-0.7m M while having no inhibitory activity toward CYLD which is also a member of ubiquitin specific peptidase family (Figures 4H and 4I).Thus,spautin-1is an inhibitor of the deubiquitinating activity of USP10and USP13.Our results suggest that inhibition of USP10and USP13by spautin-1promotes the ubiquitination and degradation of Vps34complexes which in turn leads to a reduction in the levels of PtdIns3P and consequent inhibition of autophagy.Regulation of USP10and USP13by Vps34Complexes Unexpectedly,we found that the knockdown of Beclin1or Vps34could also reduce the endogenous levels of USP10and USP13(Figures 5A and 5B).This suggests that Vps34complexes may be able to regulate their own levels by stabilizing theircognateFigure 4.Spautin-1Inhibits the Deubiquitination of Vps34Complexes(A)and (B)H4-LC3-GFP cells were transfected with indicated siRNAs for 72hr or treated with rapamycin (0.25m M)or spautin-1(10m M)as indicated,the cell lysates were analyzed by western blotting using indicated antibodies.b -tubulin was used as a control.(C)H4-LC3-GFP cells were treated with spautin-1(10m M)as indicated,the cell lysates were analyzed by western blotting using indicated antibodies.b -tubulin was used as a control.(D and E)293T cells were transfected with indicated expression vectors for 12hr,incubated with MG132(10m M),with or without spautin-1(10m M)for 4hr,the cell lysates were immunoprecipitated with anti-Beclin1and the immunocomplexes were analyzed by western blotting using anti-HA antibody.(F)and (G)Ubiquitinated Beclin1was incubated with immunopurified Flag-USP10,Myc-USP13,or Flag-USP10CA,with or without spautin-1for 2hr in vitro in deubiquitinating buffer.The western blot was blotted with anti-Beclin1antibody.(H)and (I)Proteins indicated purified from 293T cells and different concentrations of spautin-1(20m M to 100nM)were mixed and incubated for 30min.Ub-AMC was then added to each well and incubated for another 45min.The final concentrations of every protein and Ub–AMC were 20nM and 0.8m M,respectively.Ub–AMC hydrolysis was measured.All error bars indicate STD.See also Figure S5.228Cell 147,223–234,September 30,2011ª2011Elsevier Inc.deubiquitinating enzymes including USP10and USP13.This effect is not likely mediated through PtdIns3P,the product of Vps34complexes,as the treatment of 3-MA which inhibits the kinase activity of class III PI3kinase had no effect on the levels of USP10or USP13(data not shown).Thus,Vps34complexes have the surprising role of regulating the stability of USP10and USP13.To determine the mechanism by which Vps34complexes regulate the stability of USP13and USP10,we examined the possibility that Beclin1may interact with USP10and USP13.We found that endogenous Beclin1can interact with USP13and the interaction was reduced in the presence of spautin-1(Figure 5C).However,the interaction of Beclin1and USP10was considerably weaker (data not shown).These data suggest that Beclin1may closely interact with USP13,whereas its inter-action with USP10is indirect or transient in nature.To further characterize the interaction of USP13with Beclin1,we determined the domains of Beclin1that interact with USP13(Figure 5D &E).Different truncation mutants of Beclin1were coexpressed with USP13in 293T cells and the interactionofFigure 5.Regulation of USP13by Vps34Complexes(A and B)H4-LC3-GFP cells were transfected with indicated siRNAs for 72hr or treated with rapamycin (0.25m M)or spautin-1(10m M)for 4hr,the cell lysates were analyzed by western blotting using indicated antibodies.b -tubulin was used as a control.(C)H4-LC3-GFP cells were treated with MG132(10m M)and spautin-1(10m M)for 6hr.The cell lysates were immunoprecipitated with anti-USP13antibody and the immunocomplexes were analyzed by western blotting using anti-Beclin1antibody.(D)A schematic diagram of Beclin1truncation mutants used in (E).(E)293T cells were transfected with Myc-USP13,Flag-Beclin1,Flag-Beclin1-D C-term,Flag-Beclin1-D BD,Flag-Belin1-D BD,CCD,CED as indicated for 24hr.The cell lysates were immunoprecipitated with anti-flag antibody and the immunocomplexes were analyzed by western blotting using anti-USP13antibody.(F and G)293T cells were transfected with flag-Beclin1or flag-D C-Beclin1for 24hr,and then treated with spautin-1(10m M)as indicated.The cell lysates were assayed by anti-flag,anti-Vps34,anti-p53,anti-LC3,b -tubulin (loading control)as indicated.(H)Flag-Beclin1,Flag-USP10and Myc-USP13proteins were isolated from 293T cells individually transfected with the relevant expression constructs by immunoprecipitation followed by extensive washing (12x)and elution with tag peptides.Deubiquitinating activities of indicated proteins were analyzed using Ub-AMC assay.Line 1:Myc-USP13,Flag-USP10and Flag-Beclin1;Line 2:Myc-USP13and Flag-Beclin1;Line 3:Flag-USP10and Flag-Beclin1;Line 4:Myc-USP13and Flag-USP10;Line 5:Myc-USP13;Line 6:Flag-USP10;Line 7:Flag-Beclin1.(I)293T cells were transfected with indicated expression vectors for 12hr,incubated with MG132(10m M)in the presence or absence of spautin-1(10m M)for an additional 4hr.The cell lysates were immunoprecipitated with anti-USP10antibody and the immunocomplexes were analyzed by western blotting using anti-HA antibody.See also Figure S6.Cell 147,223–234,September 30,2011ª2011Elsevier Inc.229。