自噬的研究进展

③Atg9的循环
自噬体膜的起源一直是人们致力解决的问题, 而 其中的关键可能就是Atg9。Atg9是一个整合膜蛋 白,含有高度保守的6个跨膜结构域以及位于胞质 中的N端与C端。它在相关蛋白的协助下, 在 PAS 与外周膜结构(如线粒体、内质网、高尔基体)之 间往复循环, 参与自噬体的形成过程, 故 Atg9 被认为有可能起“膜载体”的作用。
Autophagy in Yeast: A Review of the Molecular Machinery
Presenter：Han Bing
标题栏
1
前言
2
细胞自噬的调控
3 自噬体在PAS的形成及降解
4
选择性自噬
5
展望
1、前言
自噬（autophagy）： 泛指溶酶体（Lysosome）（酵母中为液泡， Vacuole）介导的细胞质降解过程。与蛋白 酶体(Proteasome)相比 ，溶酶体具有更强 大的降解能力, 因此细胞自噬可以大批量的 降解从可溶蛋白到完整细胞器在内的胞内物 质。
3 分子伴侣介导的自噬（CMA）：
胞质内蛋白结合到分子伴侣后被转运到溶酶体腔中，然后被溶酶体 （液泡）酶消化。
自噬的过程
2、细胞自噬的调控
生理条件下, 细胞自噬受到严格的调控。现 在了解得比较多的细胞自噬调控通路主要有 两条: TOR(Target of rapamycin)通路和磷脂 酰肌醇3-激酶(PI3K, Phosphoinositide 3kinase)通路。很多其他细胞自噬调控信号 直接或间接的通过这两条通路发挥作用。
根据细胞物质运到溶酶体内的途径不同
1 宏自噬（主要）
通过形成具有双层膜结构的自噬体(Autophagosome)包裹 胞内物质, 最终自噬体与溶酶体（液泡）融合 ，酵母自噬 体的形成是在PAS（自噬体组装位点）发生的。
2 微自噬 分子伴侣介导的自噬（CMA）：
通过溶酶体或液泡表面的形变直接吞没特定的细胞器 或者蛋白
3、自噬体在PAS的形成及降解
自噬体的形成是细胞自噬的关键步骤,自噬体的 大小与数量也反应了细胞自噬发生的水平,这一步 骤涉及的过程, 包括: PAS 的形成、III 型 PI3K 信号通路、Atg9的循环（顺向和逆向）和泛素样 蛋白结合系统。
①PAS的形成
PAS是自噬体形成的位点，通常位于液泡附近，是 酵母特有的现象，所以PAS的形成机制，对于我们 了解整个自噬过程具有重要意义 。
Atg7与ATP结 合
激活的Atg7与 Atg12结合
在Atg10的作用下 Atg12激活
与Atg5结合
Atg5激活
Atg5与Atg16结合
Atg12-Atg5-Atg16多聚体形成
Atg8-PE的形成
Atg4、Atg7的作用下
Atg8
激活的Atg8被转移
给Atg3(泛素结合酶)
Atg8-PE
Atg12- Atg5-Atg16 复合体最主要的功能便是对 Atg8的辅助作用, 而 Atg8-PE 是双层膜不断向外延伸的直接作用者。
泡和内含物在液泡内腔被降解并循环利用。
4、选择性自噬
细胞自噬曾被长期认为是非选择性为主的, 但随 着研究的深入, 选择性细胞自噬的生理意义愈发 显著。酵母中选择性细胞自噬的研究是与非选择 性细胞自噬的研究同步开展的, 现在也积累了大 量的结果。酵母中的选择性细胞自噬主要有 Cvt 途径、线粒体自噬和过氧化物酶体自噬。
前体 PrApe1
Ams1
Atg19
Cvt复合物 通过Atg19 与Atg11相互 作用
Cvt复合物定位 到 PAS 位点
2020/3/12
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5、展望
1.TOR通路的下游效应因子是什么？ 2.Atg9如何逆向转运的？ 3.Atg12复合体如何调节Atg8-PE的？ 4.Atg8-PE如何使双膜结构不断延伸的？
Cvt途径
它的主要功能是将细胞质中的氨基肽酶(Ape1)、 甘露糖酶(Ams1)等酶的前体定向送到液泡, 以使 其激活并发挥其水解酶活性。Ape1 在细胞质中以 无活性的前体 PrApe1 形式存在。PrApe1 会形成 一个寡聚体, Atg19 与PrApe1 相结合, 而 Ams1 通过 Atg19 的另一个位点与 Atg19 相结合, 共 同形成Cvt 复合物。Atg19 与 Atg11 相互作用, 引导 Cvt复合物定位到 PAS 位点; Atg19进而与 Atg8-PE相互作用, 促进特化的自噬体-Cvt囊泡的 形成。
④泛素样蛋白结合系统
两个类泛素样蛋白 Atg12、Atg8 分别在泛素样酶 （泛素活化酶Atg7，泛素结合酶Atg10）的作用下 与 Atg5、磷脂酰乙醇胺 (PE,phosphatidylethano- lamine)相结合, 促进 自噬前体囊膜的不断延伸。
Atg12-Atg5-Atg16多聚体的形成
Atg9的逆向运输
当自噬体形成时, Atg9并不留在自噬体膜上, 而 是从 PAS 返回细胞质中的膜结构。这一逆向运输 途径依赖于 Atg1-Atg13 复合体、Atg2-Atg18 复 合体。其中大家比较公认的模型是: 一旦 Atg1Atg13 复合物与 Atg9 被募集到 PAS,Atg1-Atg13 促使 Atg9 与 Atg2-Atg18 相互作用, 这种三元 复合物的形成促使 Atg9 从 PAS 返回外周膜。
TORC1
营养丰富 TORC1被激活 磷酸化Atg13 与Atg1的结合能 力降低
Atg1的活性低 与Atg17作用弱
自噬水平低
饥饿Baidu Nhomakorabea雷帕 霉素刺激
TORC1被抑制
反之 ....... 自噬水平高
在TOR通路中，TOR复合体通过与Atg13的作用，间接地影响了Atg1Atg13-Atg17蛋白复合体的形成，进而影响了自噬水平的高低，Atg13 在蛋白复合体中起到了介导作用。
• 酵母中Ⅲ型PI3K复合体包括：Atg14、Vps34、 Vps15、Atg6，其中Vps15是Vps34的调节亚基， Atg14将Vps34-Vps15与Atg6连接在一起形成复合 体，并将PI3K复合体定位于PAS，通过其产物PI3P 募集下游蛋白。下游蛋白包括Atg18和Atg21， Atg18随后组成Atg2-Atg18复合体并在Atg9的循环 中起作用，Atg18参与非选择性自噬，Atg21参与 选择性自噬。
TOR通路
TOR 是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,对细胞自噬 起到负调控作用。在正常生长条件下,TOR处于激 活状态, 细胞自噬受到抑制;当细胞处于饥饿或受 到雷帕霉素(Rapamycin)刺激时,TOR被抑制,细胞 自噬被诱导增强。在酵母中,TOR可以形成两种蛋 白复合物: TORC1和TORC2。其中，TORC1是主要的 自噬调节因子。
Atg9的顺向运输
在选择性细胞自噬 Cvt 途径中, 当 Atg11、Cvt 复合体或Actin细胞骨架中的组分缺失任一个时, Atg9 从外周膜结构到 PAS 的运输都会被阻断 Actin相关蛋白Arp2与Atg9相互作用, 直接调节 Atg9从外周膜结构向PAS的运输。在饥饿诱导的非 选择性细胞自噬中,这种运输需要Atg17的协 助。Atg17 帮助 Atg9 定位于 PAS, 进一步完成 膜的组装,但这个过程并不需要Atg1的激酶活性。
⑤自噬体的降解
自噬体在靠近液泡的 PAS 形成后, 最终会与液泡 融合。这个融合过程与细胞中其他囊泡与液泡的 融合相类似, 该过程涉及到的蛋白有 SNARE 蛋白 (Vam3、Vam7、Vti1、Ykt6)、小GTP酶 Ypt7、 HOPS 复合体、Mon1-Ccz1 复合体等。融合的结果 是自噬体的外膜成为液泡膜的一部分, 其内膜小
酵母
富营养
Cvt复合体（prApe1 多聚体、Ams1,、 Atg19）形成
Atg19与 Atg11结合
围绕Cvt复合体 形成自噬体Cvt囊泡
PAS的组装信号
激活Atg11并 募集其他Pro
饥饿
非选择性自噬
Atg17起主要作用 PAS的组装信号
②PI3K复合体及其下游作用蛋白
PI3K可以对膜上的磷脂酰肌醇进行磷酸化修饰， 其中Ⅲ型PI3K可以将磷脂酰肌醇磷酸化为PI3P ， 酵母中的PI3K复合体为Ⅲ型PI3K。