Mitofagia to proces selektywnej degradacji mitochondriów poprzez autofagię, który odgrywa ważną rolę w kontroli jakości mitochondriów. Bardzo niewiele wiadomo na temat molekularnego mechanizmu mitofagii. Szeroki na genom drożdży dla szczepów z defektem mitofagii zidentyfikowano 32 mutanty z blokiem w mitofagii, oprócz znanych mutantów genów związanych z autofagią (ATG). My scharakteryzowaliśmy jeden z tych mutantów, ylr356wDelta, który odpowiada genowi genowi, którego funkcja nie została zidentyfikowana. YLR356W jest genem specyficznym dla mitofagii. gen, który nie był wymagany dla innych typów selektywnej autofagii lub makroautofagii. Delecja YLR356W częściowo hamowała mitofagię podczas głodzenia głodu, podczas gdy w fazie postlog nastąpiło prawie całkowite zahamowanie. W związku z tym nazwaliśmy ten gen ATG33. Nowe mutanty zidentyfikowane w tej zapewnią użyteczną podstawę dla badaczy zainteresowanych badaniem homeostazy mitochondriów i kontroli jakości. --- Komórki eukariotyczne mają zdolność do degradacji białek i organelli poprzez selektywne i nieselektywne tryby mikro- i makroautofagii. Ponadto, istnieją zarówno konstytutywne, jak i regulowane formy autofagii. Na przykład, jest selektywnym procesem regulowanej degradacji peroksysomów przez autofagię. autofagię. Nasze badania wykazały, że różne ścieżki autofagii mają wiele wspólnych zdarzeń molekularnych. wiele wspólnych zdarzeń molekularnych. W tym artykule zidentyfikowaliśmy nowego członka w rodzinie genów autofagii. GSA12 w Pichia pastoris i jego odpowiednik w Saccharomyces cerevisiae, CVT18, kodują rozpuszczalne białko z dwiema domenami WD40. WD40. Wykazaliśmy, że białka te są wymagane do pexophagy i autofagii u P. pastoris oraz szlaku Cvt, autofagii i pexofagii u S. cerevisiae. W P. pastoris, Gsa12 wydaje się być wymagany do wczesnego zdarzenia w pexophagy. pexophagy. Oznacza to, że inwolucja wakuoli lub rozszerzenie ramion wakuoli w celu pochłonięcia peroksysomów nie występuje u mutanta gsa12. Zgodne z jego rolą w pochłanianiu wakuoli, odkryliśmy, że to białko cytozolowe jest również również zlokalizowane na powierzchni wakuoli. Podobnie, Cvt18 wykazuje subkomórkową lokalizację subkomórkową, która odróżnia ją od scharakteryzowanych białek wymaganych do szlaków dostarczania z cytoplazmy do wakuoli. --- Dysfunkcja mitochondriów jest wczesnym objawem wielu chorób neurodegeneracyjnych. Niedawno wykazano, że dwa geny związane z chorobą Parkinsona (PD), PINK1 i Parkin, pośredniczą w degradacji uszkodzonych mitochondriów poprzez selektywną autofagię (mitofagię). Aktywność kinazy PINK1 jest potrzebna do szybkiej i skutecznej rekrutacji rekrutacji Parkiny do uszkodzonych mitochondriów. Mutacje Parkin związane z PD zakłócają proces mitofagii na różnych etapach. Tutaj pokazujemy, że całe mitochondria są przekształcane przez makroautofagię. Ponadto, związane z chorobą mutacje PINK1 również zagrażają selektywnej degradacji zdepolaryzowanych mitochondriów. zdepolaryzowanych mitochondriów. Może to być spowodowane zmniejszoną aktywnością aktywność mutacji PINK1 związanych z PD do parkiny. W ten sposób mutacje PINK1 osłabiają autofagię upośledzonych mitochondriów przed parkiną. Oprócz upośledzonej aktywności kinazy PINK1, zmniejszone wiązanie PINK1 z parkiną prowadzi do niepowodzenia w translokacji mitochondriów Parkin, co skutkuje akumulacją uszkodzonych mitochondriów. uszkodzonych mitochondriów, co może przyczyniać się do patogenezy choroby. --- Dynamiczna regulacja kształtu komórek leży u podstaw wielu funkcji rozwojowych i immunologicznych. funkcji. Przebudowa korowa jest osiągana pod centralną kontrolą szlaków GTPazy Rho GTPazy, które modulują wyjątkową równowagę w dynamicznym montażu i i demontażu cytoszkieletu i zrostów ogniskowych. Makroautofagia (autofagia), związana z masową przebudową cytoplazmy poprzez degradację lizosomalną, ma jasno określone role w przeżyciu i śmierci komórek. Co więcej, staje się że białka, organelle i patogeny mogą być ukierunkowane na autofagię poprzez selektywne mechanizmy. przez selektywne mechanizmy, chociaż zakres i rola takiej degradacji są niejasne. degradacji są niejasne. Tutaj opisujemy konserwatywną rolę autofagii w przebudowie korowej komórek krwi (hemocytów) Drosophila i mysich makrofagów. i mysich makrofagów. Ciągła autofagia była wymagana do rozprzestrzeniania się hemocytów za pośrednictwem integryny rozprzestrzeniania się hemocytów i wypukłości komórek indukowanych przez Rho1. W konsekwencji, hemocyty były upośledzone w rekrutacji do ran naskórka. Rozprzestrzenianie się komórek wymagało ref(2)P, multiadaptora Drosophila p62, co wskazuje na selektywną autofagię jako nowy mechanizm modulowania dynamiki korowej. Te wyniki oświetlają specyficzną i konserwatywną rolę autofagii jako regulatora mechanizm przebudowy kory, z implikacjami dla funkcji komórek odpornościowych. --- Coraz więcej dowodów przemawia za aktywną rolą rozregulowanej makroautofagii (stresu autofagicznego) w śmierci komórek neuronalnych i neurodegeneracji. Zmiany w funkcji i dynamice mitochondrialnych są również silnie związane z chorobami neurodegeneracyjnymi. choroby neurodegeneracyjne. Co ciekawe, podczas gdy podstawowa maszyneria autofagii jest ewolucyjnie konserwowana i wspólna dla autofagii konstytutywnej i indukowanej lub selektywnej autofagii, ostatnie badania wskazują na różne mechanizmy regulujące autofagię mitochondrialną. autofagię mitochondrialną (mitofagię) w odpowiedzi na ogólne bodźce autofagiczne. Niewiele wiadomo na temat szlaków regulujących selektywną, indukowaną uszkodzeniami mitofagię. Odkryliśmy, że neurotoksyna parkinsonowska MPP(+) indukuje autofagię i degradację mitochondriów. degradację mitochondriów, która jest hamowana przez nokaut siRNA autofagii białek Atg5, Atg7 i Atg8, ale występuje niezależnie od Beclin 1, składnika kompleksu klasy III (PIK3C3/Vps34) kinazy fosfoinozytydowej 3 (PI3K). Zamiast tego mitofagia indukowana przez MPP(+) jest zależna od sygnalizacji MAPK. Co ciekawe, wszystkie terapie, które hamowały autofagię, zapewniały również ochronę przed śmiercią komórek indukowaną przez MPP(+). Wcześniejsze badanie tkanek ludzkich dodatkowo potwierdza rolę autofagii regulowanej przez ERK/MAPK w chorobach Parkinsona i ciał Lewy'ego. Jako konkurencja o ograniczające ilości Beclin 1 może służyć zapobieganiu szkodliwej nadmiernej aktywacji autofagii, zrozumienie mechanizmów, które omijają lub uzupełniają wymaganie dla aktywności PI3K-Beclin 1 może prowadzić do strategii modulowania stres autofagiczny w uszkodzonych lub degenerujących się neuronach. --- Makroautofagia była uważana za niespecyficzny proces masowej degradacji. Jednakże Ponpuak i wsp. (2010) pokazują w tym numerze Immunity, że białka cytozolowe białka są selektywnie rekrutowane do autofagosomów i metabolizowane do bakteriobójczych peptydów. bakteriobójczych peptydów. --- Autofagia jest procesem komórkowym, którego podstawową funkcją jest degradacja długożyciowych białek i recykling składników komórkowych. Oprócz makroautofagii istnieje kilka form selektywnej autofagii, w tym kilka form selektywnej autofagii, w tym autofagia za pośrednictwem chaperonu (CMA), celowanie z cytoplazmy do wakuoli (Cvt), peksofagia i mitofagia. W niniejszym podsumowujemy to, co obecnie wiadomo na temat selektywnej autofagii, oraz omawiamy jej rolę w śmierci i przetrwaniu komórek. Omawiamy również możliwe mechanizmy leżące u podstaw selektywności makroautofagii. --- TŁO I CELE: Nadużywanie alkoholu jest główną przyczyną uszkodzenia wątroby. Cechy patologiczne Patologiczne cechy alkoholowej choroby wątroby rozwijają się przez długi czas, jednak mechanizmy obrony komórkowej przed szkodliwym działaniem alkoholu nie są dobrze poznane. Zbadaliśmy, czy makroautofagia, ewolucyjnie konserwowany mechanizm komórkowy ewolucyjnie konserwowany mechanizm komórkowy, który jest powszechnie aktywowany w odpowiedzi na stres w odpowiedzi na stres, może chronić komórki wątroby przed toksycznym działaniem etanolu. METODY: Myszom podawano etanol przez zgłębnik. Wpływ etanolu na pierwotne hepatocyty i wątrobowe linie komórkowe badano również in vitro. WYNIKI: Wywołana etanolem makroautofagia w wątrobie myszy i hodowanych komórkach wymagała metabolizmu etanolu, generowania reaktywnych form tlenu i hamowania ssaczego celu sygnalizacji rapamycyny. Tłumienie makroautofagii za pomocą środków farmakologicznych lub małych interferujących RNA znacząco zwiększona apoptoza hepatocytów i uszkodzenie wątroby; makroautofagia zatem chroniła komórki przed toksycznym działaniem etanolu. Makroautofagia indukowana przez etanolem wydawała się być selektywna dla uszkodzonych mitochondriów i nagromadzonych kropelek lipidów kropelki lipidów, ale nie długo żyjące białka, co może tłumaczyć jej ochronne działanie. efekty. Zwiększenie makroautofagii farmakologicznie zmniejszyło hepatotoksyczność i stłuszczenie wątroby związane z ostrą ekspozycją na etanol. WNIOSKI: Makroautofagia chroni wątroby myszy przed toksycznością wywołaną etanolem. myszy. Odczynniki modyfikujące makroautofagię mogą zostać opracowane jako środki terapeutyczne dla pacjentów z alkoholową chorobą wątroby. --- Właściwa kontrola obrotu mitochondrialnego ma kluczowe znaczenie dla utrzymania energii komórkowej w warunkach podstawowych i stresowych. energii w warunkach podstawowych i stresowych oraz dla zapobiegania endogennemu stresowi oksydacyjnemu. stresu oksydacyjnego. W obrocie całych organelli pośredniczy makroautofagia, proces, w którym autofagosomy proces, w którym autofagosomy dostarczają mitochondria do lizosomu w celu degradacji hydrolitycznej. Podczas gdy autofagia mitochondrialna może występować jako część nieselektywnej regulacji autofagii, selektywnej degradacji uszkodzonych lub niepotrzebnych mitochondriów. niepotrzebnych mitochondriów (mitofagia) jest szybko rozwijającym się obszarem, i neurodegeneracji, szczególnie w odniesieniu do choroby Parkinsona. Ze względu na jego dynamiczny charakter i możliwość zaburzeń regulacyjnych przez procesy procesy chorobowe, żadna pojedyncza technika nie jest wystarczająca do oceny mitofagii. Tutaj opisujemy kilka uzupełniających się technik, które obejmują mikroskopię elektronową mikroskopię elektronową, analizę pojedynczych komórek punktów fluorescencyjnych LC3 i Western blot, każda stosowana w połączeniu z inhibitorem strumienia do wychwytywania nowo utworzonych autofagosomów w celu monitorowania mitofagii w komórkach neuronalnych. --- Podczas autofagii cytozol, agregaty białek i organelle są sekwestrowane w dwubłonowe pęcherzyki zwane autofagosomami i dostarczane do lizosomu/wakuoli w celu i dostarczane do lizosomu/wakuoli w celu rozpadu i recyklingu ich podstawowych składników. U wszystkich eukariontów szlak ten jest ważny dla adaptacji do warunków stresowych, takich jak niedobór składników odżywczych, a także do regulacji homeostazy wewnątrzkomórkowej poprzez regulowanie liczby organelli i usuwanie uszkodzonych struktur. Przez długi czas autofagia wywołana głodem była postrzegana jako nieselektywny szlak transportowy. Jednak ostatnie badania wykazały, że autofagia jest w stanie selektywnie pochłaniać określone struktury, od białek po całe organelle. organelle. W tym artykule omawiamy najnowsze odkrycia dotyczące mechanizmów i fizjologicznych implikacji autofagii. fizjologiczne implikacje dwóch selektywnych typów autofagii: rybofagii, specyficznej degradacji specyficzna degradacja rybosomów i retikulofagia, selektywna eliminacja części ER. części ER. --- Przez całe życie komórki muszą utrzymywać homeostazę, jednocześnie stale mierząc się z zmiennym zapotrzebowaniem na ich różne organelle. Głównym mechanizmem homeostatycznej kontroli funkcji organelli jest niesfałdowana odpowiedź białkowa (UPR), szlak sygnałowy, który wyzwala kompleksową przebudowę retikulum endoplazmatycznego. retikulum endoplazmatycznego (ER) i szlaku biosyntezy w zależności od potrzeb. Odkryliśmy odkryliśmy, że aktywacja UPR u drożdży indukuje również nową gałąź makroautofagii, która selektywnie celuje w ER. Proces ten nazwaliśmy "fagią ER", w analogii do peksofagii i mitofagii, dwóch innych znanych form markoautofagii specyficznej dla organelli. ER-fagia obejmuje wytwarzanie autofagosomów, które selektywnie obejmują błony ER i których ograniczające podwójne błony również pochodzą, przynajmniej częściowo, z ER. To odkrycie dostarcza bezpośrednie dowody na to, że ER może służyć jako źródło błony dla autofagosomu i wskazuje, że ER-fagia pociąga za sobą pochłonięcie samego ER. ER-fagia może usuwać uszkodzone lub zbędne części ER, a tym samym reprezentować ważną funkcję degradacyjną UPR, która pomaga zapewnić kontrolę homeostatyczną. kontrolę. --- Makroautofagia jest komórkowym procesem katabolicznym, który obejmuje sekwestrację składników cytoplazmatycznych do dwubłonowych pęcherzyków znanych jako autofagosomy, które następnie łączą się z lizosomami, gdzie dostarczają swój ładunek do degradacji. ładunek do degradacji. Główną fizjologiczną rolą autofagii jest recykling składników wewnątrzkomórkowych w warunkach niedoboru składników odżywczych, tak aby dostarczyć komórkom niezbędnych materiałów i energii. Selektywna autofagia ma również miejsce odbywa się również w warunkach bogatych w składniki odżywcze, aby pozbyć się z komórki uszkodzonych organelli lub agregatów białkowych, które w przeciwnym razie mogłyby zagrozić żywotności komórek. Mitofagia jest selektywnym rodzajem autofagii, w którym uszkodzone lub zbędne mitochondria są eliminowane w celu utrzymania prawidłowej liczby mitochondriów i kontroli jakości. Podczas gdy mitofagia dzieli kluczowe czynniki regulacyjne z ogólnym szlakiem makroautofagii, obejmuje również odrębne etapy, specyficzne dla eliminacji mitochondriów. Ostatnie odkrycia wskazują, że parkina oraz indukowana homologiem fosfatazy i tensyny białko kinazy 1 (PINK1), które są zaangażowane w patogenezę neurodegeneracji. patogenezie chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Parkinsona, również regulują mitofagię i działają w celu utrzymania homeostazy mitochondriów. Tutaj mechanizmów molekularnych, które rządzą procesem mitofagii i omówić jego zaangażowanie w początek i progresję chorób neurodegeneracyjnych podczas starzenia się. --- Mitochondrialna kontrola jakości jest ważna dla utrzymania prawidłowej homeostazy komórkowej. homeostazy komórkowej. Chociaż selektywna degradacja mitochondriów przez autofagię (mitofagię) sugeruje się, że odgrywa ona ważną rolę w kontroli jakości i istnieją dowody na bezpośredni związek między mitofagią a chorobami neurodegeneracyjnymi. neurodegeneracyjnymi, molekularny mechanizm mitofagii jest słabo poznany. słabo poznany. Korzystając z badań przesiewowych mutantów z niedoborem mitofagii, odkryliśmy, że YIL146C/ECM37 jest niezbędny dla mitofagii. Gen ten nie jest wymagany dla innych typów selektywnej autofagii lub niespecyficznej makroautofagii. Wyznaczyliśmy ten gen związany z autofagią (ATG) jako ATG32. Białko Atg32 lokalizuje się na mitochondriach. Po indukcji mitofagii, Atg32 wiąże Atg11, białko adaptorowe dla selektywnych typów autofagii. białko adaptorowe dla selektywnych typów autofagii, a następnie jest rekrutowane i importowane do wakuoli wraz z mitochondriami. Dlatego Atg32 nadaje selektywność do sekwestracji mitochondriów jako ładunku i jest niezbędna do rekrutacji tej organelli przez maszynerię autofagii do mitofagii. --- Makroautofagia jest masowym systemem degradacji zachowanym we wszystkich komórkach eukariotycznych. A białko podobne do ubikwityny, Atg8, i jego homologi są niezbędne do tworzenia autofagosomów i działają jako punkt orientacyjny dla selektywnej autofagii zagregowanych białek i uszkodzonych organelli. W tym badaniu przedstawiamy dowody wskazujące, że OATL1, przypuszczalne białko aktywujące guanozynotrifosfatazę Rab (GAP), jest nowym partnerem wiążącym nowym partnerem wiążącym homologi Atg8 w komórkach ssaków. OATL1 jest rekrutowany do błon izolacyjnych i autofagosomów poprzez bezpośrednią interakcję z homologami Atg8 i jest zaangażowany w fuzję między autofagosomami i lizosomami poprzez swoją aktywność GAP. Ponadto dostarczamy dowodów na to, że Rab33B, białko wiążące białko wiążące Atg16L1, jest docelowym substratem OATL1 i jest zaangażowane w fuzję autofagosomów i lizosomów. fuzji między autofagosomami i lizosomami, tak samo jak OATL1. Ponieważ zarówno jego GAP i jego aktywność wiążąca homolog Atg8 są wymagane do działania OATL1. funkcjonowania, proponujemy model, w którym OATL1 wykorzystuje homologi Atg8 jako rusztowanie do wywierać swoją aktywność GAP i regulować dojrzewanie autofagosomów. --- Makroautofagia (autofagia) jest masowym systemem degradacji składników cytoplazmatycznych i występuje wszechobecnie w komórkach i jest wszechobecny w komórkach eukariotycznych. Autofagia jest indukowana w warunkach głodu i odgrywa rolę cytoprotekcyjną poprzez degradację niepożądanych materiałów cytoplazmatycznych. Transpozon Ty1, członek nadrodziny Ty1/copia jest najliczniej występującym retrotranspozonem w drożdżach Saccharomyces cerevisiae i działa w celu wprowadzenia mutacji do genomu gospodarza poprzez wirusopodobne cząsteczki Ty1 (VLP) zlokalizowane w cytoplazmie. Tutaj pokazujemy, że selektywna autofagia obniża transpozycję Ty1 poprzez eliminację VLP Ty1 z cytoplazmy cytoplazmy w warunkach ograniczonej ilości składników odżywczych. VLP Ty1 są ukierunkowane na autofagosomów poprzez interakcję z Atg19. Proponujemy, aby selektywna autofagia chroni integralność genomu przed nadmierną mutagenezą insercyjną spowodowaną podczas głodu składników odżywczych przez elementy transpozycyjne w komórkach eukariotycznych. --- Konstytutywna makroautofagia zaangażowana w obrót wadliwych, długo żyjących białek i organelli jest kluczowa dla homeostazy neuronów. białek i organelli jest kluczowa dla homeostazy neuronów. Postawiliśmy hipotezę że dysregulacja makroautofagii w selektywnych regionach mózgu była związana z zaburzeniami pamięci u starzejących się myszy. Wykorzystaliśmy test rozpoznawania obiektów test do pomiaru pamięci krótkotrwałej u 18 starszych myszy w porównaniu do 22 młodych myszy i zastosowaliśmy immunohistochemię do oceny komórkowej dystrybucji białek zaangażowanych w selektywną degradację ubikwitynowanych białek poprzez makroautofagię. Wartości współczynnika dyskryminacji (DR, miara wydajności krótkotrwałego rozpoznawania) rozpoznawania) u starszych myszy były znacznie niższe niż u młodych myszy (mediana u młodych myszy (mediana, 0,54 vs. 0,67; p = 0,005, test U). Prawie wyłącznie u starszych myszy występowały skupiska punkcików immunoreaktywnych dla białko związane z mikrotubulami 1 łańcuch lekki 3 (LC3), białko wiążące ubikwitynę i LC3 białko p62 i ubikwitynę w procesach neuronalnych głównie w formacji hipokampie, opuszce węchowej/guzku i korze móżdżku. Obciążenie hipokampalne obciążenie skupionych punkcików immunoreaktywnych dla LC3 i p62 wykazywało odwrotne korelacje liniowe z DR u starszych myszy (ρ = -0,48 i -0,55, p = 0,044 i 0,018, odpowiednio, korelacja rang Spearmana). Odkrycia te sugerują że zwiększona akumulacja autofagosomów w procesach neuronalnych w selektywnych regionach mózgu jest charakterystyczne dla starzenia się. Dysregulacja makroautofagii może niekorzystnie wpływać na obrót białek podatnych na agregację i wadliwych organelli, co może przyczyniać się do upośledzenia pamięci u starzejących się myszy. --- Autofagia (makroautofagia), wysoce konserwatywny mechanizm eukariotyczny, jest nieselektywnym procesem degradacji. nieselektywny proces degradacji, pomagający utrzymać równowagę między syntezą, degradacją i późniejszym recyklingiem makrocząsteczek w celu przezwyciężenia różnych warunków stresowych. Termin autofagia oznacza każdy proces komórkowy, który obejmuje dostarczanie materiału cytoplazmatycznego do lizosomu w celu degradacji. Autofagia u grzybów strzępkowych odgrywa kluczową rolę podczas rozwoju komórkowego i patogeniczności. rozwoju komórkowego i patogeniczności. Autofagia, podobnie jak białko aktywowane mitogenem (MAP) kaskada kinaz i szlak cyklicznego AMP (cAMP) wykrywający składniki odżywcze, jest również ważnym procesem dla akumulacji turgoru appressorium w celu penetracji powierzchni liścia rośliny żywicielskiej i zniszczyć obronę rośliny. Drożdże, model autofagii został wykorzystany do porównania wielowartościowych funkcji ATG (genów związanych z autofagią) u różnych grzybów strzępkowych. Mechanizm autofagii zarówno u drożdży, jak i u grzybów strzępkowych jest kontrolowana przez kinazę Tor. oba zawierają dwa różne kompleksy kinazy fosfatydyloinozytolu 3. W niniejszym przeglądzie skupiamy się na funkcjach genów ATG podczas patogennego rozwoju grzybów strzępkowych. grzybów strzępkowych. --- Makroautofagia (zwana dalej po prostu autofagią) jest szlakiem katabolicznym, który który pośredniczy w degradacji długowiecznych białek i organelli w komórkach eukotycznych. komórkach eukariotycznych. Regulacja degradacji mitochondriów poprzez autofagię odgrywa istotną rolę w utrzymaniu i kontroli jakości tej organelli. organelli. W porównaniu z naszym zrozumieniem podstawowej funkcji mitochondriów w wielu aspektach metabolizmu komórkowego, takich jak produkcja energii oraz roli dysfunkcyjnych mitochondriów w śmierci komórki, niewiele wiadomo w odniesieniu do ich degradacji, a zwłaszcza tego, w jaki sposób szlaki sygnalizacyjne kontrolują ten proces. Tutaj donosimy, że dwie kinazy białkowe aktywowane mitogenami (MAPK), Slt2 i Hog1, są wymagane do mitofagii w Saccharomyces cerevisiae. Slt2 jest wymagana do degradacji zarówno mitochondriów, jak i peroksysomów (poprzez pexophagy), podczas gdy Hog1 funkcjonuje specyficznie w mitofagii. Slt2 wpływa również na rekrutację mitochondriów do miejsca montażu fagoforu (PAS), krytycznego etapu pakowania ładunku do krytyczny krok w pakowaniu ładunku do selektywnej degradacji. --- Autofagia mitochondriów (mitofagia) to proces selektywnej degradacji mitochondriów, który odgrywa ważną rolę w kontroli jakości mitochondriów. mitochondriów, który odgrywa ważną rolę w kontroli jakości mitochondriów. Aby uzyskać wgląd w molekularny mechanizm mitofagii, zbadaliśmy bibliotekę nokautów drożdży w poszukiwaniu szczepów z defektem mitofagii. Znaleźliśmy 32 szczepy, które wykazywały całkowity lub częściowy blok mitofagii. Jeden ze zidentyfikowanych genów zidentyfikowany, YLR356W, jest wymagany do mitofagii, ale nie do makroautofagii lub innych typów selektywnej autofagii. Delecja YLR356W częściowo hamuje mitofagię podczas głodu, podczas gdy jest prawie całkowite zahamowanie w fazie post-log. fazie post-log. W związku z tym stawiamy hipotezę, że Ylr356w jest wymagany do wykrywania lub obecnych starzejących się lub dysfunkcyjnych mitochondriów, gdy komórki osiągają fazę post-log fazę. --- Aby wywołać chorobę wybuchową ryżu, grzyb Magnaporthe oryzae opracowuje wyspecjalizowane struktury infekcyjne zwane appressoria, które wykorzystują ogromny turgor do rozerwania twardej zewnętrznej skórki liścia ryżu. Tutaj przedstawiamy wygenerowanie zestawu 22 izogenicznych mutantów M. oryzae, z których każdy różni się jednym składnikiem przewidywanej maszynerii autofagicznej grzyba. Analiza tego ukierunkowanych mutantów delecyjnych wykazała, że utrata któregokolwiek z 16 genów niezbędnych do nieselektywnej makroautofagii sprawia, że grzyb nie jest w stanie wywołać choroby wybuchowej ryżu, z powodu upośledzenia zarówno zaprogramowanej śmierci komórki konidialnej, jak i dojrzewania dojrzewania appressorium. W przeciwieństwie do tego, geny niezbędne tylko dla selektywnych form autofagii, takich jak peksofagia i mitofagia, są zbędne dla infekcji roślin za pośrednictwem appressorium. Analiza całego genomu wykazuje znaczenie związanej z infekcją, nieselektywnej autofagii dla rozwoju choroby blastycznej ryżu. --- Neoksyny sortujące Atg20/Snx42 i Snx41 regulują ruch błonowy i endosomalne sortowanie białek. i są niezbędne dla Cvt i/lub pexophagy u drożdży. Wcześniej, wykazaliśmy, że makroautofagia jest niezbędna do konidacji w ryżu-blastach grzyba Magnaporthe oryzae. Tutaj przeanalizowaliśmy fizjologiczną funkcję (funkcje) selektywnej autofagii w Magnaporthe poprzez ukierunkowaną delecję MGG_12832, ortologa ortologa drożdżowego SNX41 i ATG20/SNX42. Utrata MGG_12832 (dalej SNX41) zniosła tworzenie konidiów i patogenezę u M. oryzae. Snx41-GFP zlokalizowany jako dynamiczne punkciki lub krótkie kanaliki, które są częściowo związane z autofagosomami i/lub wakuolami autofagicznymi. Domena PX, ale nie makroautofagia per per se, była wymagana do takiej lokalizacji Snx41-GFP w Magnaporthe. Chociaż nie wymagana do nieselektywnej autofagii, Snx41 była niezbędna do pexofagii w Magnaporthe. Magnaporthe. Zidentyfikowaliśmy Oxp1, zależną od ATP oksoprolinazę w cyklu gamma-glutamylowym cyklu gamma-glutamylowego, jako partnera wiążącego i potencjalny cel pobierania Snx41-zależnego sortowania białek. Substrat Oxp1, 5-oksoprolina, może częściowo przywrócić konidację w snx41Δ. Egzogenny glutation, produkt cyklu gamma-glutamylowego, znacząco przywracał patogenność mutanta snx41Δ prawdopodobnie poprzez przeciwdziałanie stresowi oksydacyjnemu narzuconemu przez gospodarza. Proponujemy, aby cykl gamma-glutamylowy i biosynteza glutationu były podlegają regulacji przez transport pęcherzykowy zależny od Snx41 i pośredniczą w obronę antyoksydacyjną kluczową dla wzrostu in planta i patogennego różnicowania Magnaporthe na początku choroby wybuchowej ryżu. --- Szybkość proteolizy jest ważnym wyznacznikiem wewnątrzkomórkowej zawartości białek. białek wewnątrzkomórkowych. Część degradacji białek wewnątrzkomórkowych zachodzi w lizosomach lizosomach i jest mediowana przez makroautofagię. W wątrobie makroautofagia jest bardzo aktywna i prawie całkowicie odpowiada za proteolizę wywołaną głodzeniem. Czynniki hamujące ten proces obejmują aminokwasy, obrzęk komórek i insulinę. W mechanizmach kontrolujących makroautofagię ważną rolę odgrywa fosforylacja białek. ważną rolę. Aktywacja szlaku transdukcji sygnału, ostatecznie prowadząca do fosforylacji rybosomów. do fosforylacji rybosomalnego białka S6, towarzyszy hamowaniu makroautofagii. makroautofagii. Składniki tego szlaku mogą obejmować heterotrimeryczne białko Gi3, 3-kinazę fosfatydyloinozytolu i kinazę p70S6. Ostatnie dowody wskazują, że lizosomalna degradacja białek może być selektywna i zachodzi poprzez ścieżki zależne i niezależne od ubikwityny. --- Makroautofagia jest procesem katabolicznym, w którym komórka degraduje składniki cytoplazmatyczne przez mechanizm lizosomalny. składniki cytoplazmatyczne przez maszynerię lizosomalną. Choć początkowo uznawany za raczej niespecyficzny proces masowej degradacji, rosnąca liczba dowodów wskazuje na selektywność szlaków makroautofagii w usuwaniu nieprawidłowo sfałdowanych lub zagregowanych białek. W jaki sposób takie substraty są rozpoznawane i ukierunkowane na maszynerię makroautofagii stało się gorącym punktem badań, a ostatnie dowody sugerują, że tutaj chaperony molekularne i ko-chaperony odgrywają kluczową rolę. W jednym z pojawiających się szlaków pośredniczy ko-chaperon białko Bcl-2-associated athanogene 3 (BAG 3), które wydaje się wykorzystywać specyficzność chaperonów molekularnych (białek szoku cieplnego) w stosunku do nienatywnych białek białek jako podstawę do ukierunkowanej degradacji makroautofagicznej. W tym krótkim przeglądzie skupiamy się na molekularnej interakcji między systemem makroautofagii a chaperonami molekularnymi i podkreślamy znaczenie szlaku, w którym pośredniczy BAG3 na starzenie się i związane z wiekiem choroby związane z nieprawidłowym składaniem białek. --- Makroautofagia, która jest lizosomalną ścieżką obrotu organelli i długo żyjących białek, jest kluczowym czynnikiem warunkującym przeżywalność komórek. jest kluczowym czynnikiem determinującym przeżycie i długowieczność komórek. W W tym badaniu wykazaliśmy, że makroautofagia neuronalna jest indukowana wcześnie w chorobie Alzheimera choroby Alzheimera (AD) i przed złogami beta-amyloidu (Abeta) pozakomórkowo w preseniliny (PS) 1/Abeta białka prekursorowego (APP) mysiego modelu beta-amyloidozy. Następnie, autofagosomy i późne wakuole autofagiczne (AV) gromadzą się znacznie w dystroficznych dendrytach, co sugeruje upośledzone dojrzewanie AV do lizosomów. Immunolabeling identyfikuje AV w mózgu jako główny rezerwuar wewnątrzkomórkowej wewnątrzkomórkowego Abeta. Oczyszczone AV zawierają APP i beta-cleaved APP i są wysoce wzbogacone w PS1, nicastrynę i zależną od PS aktywność gamma-sekretazy. Indukowanie lub hamowanie makroautofagii w komórkach neuronalnych i nieneuronalnych przez modulowanie ssaczego celu kinazy rapamycynowej wywołuje równoległe zmiany w proliferacji AV proliferacji i produkcji Abeta. Nasze wyniki łączą zatem beta-amyloidogenne i ścieżki przeżycia komórek poprzez makroautofagię, która jest aktywowana i jest nieprawidłowa w AD. --- Makroautofagia utrzymuje homeostazę komórkową poprzez kierowanie cytoplazmatycznych i organelli do autofagosomów w celu ich degradacji. Proces ten rozpoczyna się z montażem kompleksów białkowych na błonie izolacyjnej w celu zainicjowania tworzenie autofagosomu, a następnie jego zarodkowanie, wydłużenie i dojrzewanie. dojrzewanie. Fuzja autofagosomów z lizosomami prowadzi następnie do degradacji ładunku. ładunku. W ciągu ostatniej dekady poczyniono znaczne postępy w zakresie identyfikacji graczy molekularnych, którzy są zaangażowani w różne etapy makroautofagii. makroautofagii. Wykazano również, że modyfikacje potranslacyjne regulatorów makroautofagii wykazano również, że mają one krytyczne znaczenie dla selektywnego kierowania zawartości cytoplazmatycznej do autofagosomów. Ponadto, niedawno wykazano odrębnych regulatorów makroautofagii doprowadziło do identyfikacji różnych podtypów makroautofagii. Ponieważ deregulacja makroautofagii jest zaangażowana w chorobach, w tym w zaburzeniach neurodegeneracyjnych, nowotworach i stanach zapalnych. zapalnych, zrozumienie molekularnej maszynerii makroautofagii ma kluczowe znaczenie dla wyjaśnienia mechanizmów dla wyjaśnienia mechanizmów, za pomocą których makroautofagia jest deregulowana w tych chorobach. chorobach, ujawniając tym samym nowe potencjalne cele i strategie terapeutyczne. Tutaj podsumowujemy aktualną wiedzę na temat regulacji mechanizmów makroautofagii ssaków mechanizmów makroautofagii ssaków i ich deregulacji związanej z chorobą. --- Selektywna makroautofagia wykorzystuje dwubłonowe pęcherzyki, zwane autofagosomami, do transportu cytoplazmatycznych patogenów, organelli i kompleksów białkowych do wakuoli w celu degradacji. Autofagosomy są tworzone de novo przez fuzję błon w miejscu montażu fagoforu (PAS). Dlatego też prekursorowy materiał musi zostać namierzony i przetransportowany do PAS. Podczas gdy niektóre białka związane z autofagią (Atg), takie jak Atg9 i Atg11, są zaangażowane w ten proces. zaangażowane w ten proces, większość szczegółów mechanistycznych nie jest zrozumiała. Wcześniejsze prace wskazywały również na udział małej GTPazy Ypt1 z rodziny Rab w tym procesie. identyfikując Trs85 jako unikalną podjednostkę kompleksu celującego TRAPPIII i wykazując, że odgrywa on rolę specyficzną dla makroautofagii; jednak związek między Ypt1, Atg9 i Atg11 nie był jednak jasny. Teraz, ostatni raport pokazuje, że Atg11 jest specyficznym dla Trs85 efektorem Rab Ypt1 i może działać jako klasyczna cewka błonowa, która kieruje błony zawierające Atg9 do PAS. Tutaj dokonujemy przeglądu tego odkrycia w kontekście tego, co wiadomo na temat Atg11, innych zależnych od Rab tetherów cewkowych i innych kompleksów tetheringowych zaangażowanych w tworzenie autofagosomów. --- Makroautofagia (zwana dalej autofagią) jest degradacyjnym szlakiem komórkowym, który chroni komórki eukariotyczne przed stresem, głodem i infekcją mikrobiologiczną. Ten musi być ściśle kontrolowany, ponieważ zbyt mała lub zbyt duża autofagia może być być szkodliwa dla fizjologii komórkowej. Fosfatydyloinozytol (PtdIns) 3-kinaza Vps34 jest kinazą lipidową, która reguluje autofagię, ale rola innych kinaz PtdIns nie została określona. PtdIns nie została zbadana. Tutaj wykazujemy rolę kinaz PtdIns i PtdIns4P 5-kinaz w selektywnych i nieselektywnych typach autofagii u drożdży. autofagii u drożdży. PtdIns 4-kinaza Pik1 jest zaangażowana w transport Atg9 przez Golgiego i jest zaangażowana zarówno w nieselektywne, jak i selektywne typy autofagii. autofagii, podczas gdy 5-kinaza PtdIns4P Mss4 jest specyficznie zaangażowana w mitofagię, ale nie nieselektywną autofagię. Nasze dane wskazują, że kinazy fosfoinozytydowe odgrywają wieloraką rolę w regulacji szlaków autofagii. szlaków autofagii. --- Obecna robocza definicja autofagii jest następująca: wszystkie procesy, w których materiał wewnątrzkomórkowy jest degradowany w lizosomie/wakuoli. w których materiał wewnątrzkomórkowy jest degradowany w lizosomie / wakuoli i gdzie makromolekularne składniki są poddawane recyklingowi. Istnieje kilka sposobów klasyfikacji różne rodzaje autofagii. Na przykład, możemy podzielić autofagię na dwa podstawowe typy, w oparciu o początkowe miejsce sekwestracji ładunku. W szczególności W szczególności, podczas mikroautofagii i autofagii za pośrednictwem chaperonów, wychwyt odbywa się bezpośrednio na błonie granicznej lizosomu lub wakuoli. W przeciwieństwie do tego W przeciwieństwie do tego, makroautofagia - selektywna lub nieselektywna - i mikroautofagia endosomalna mikroautofagia obejmuje sekwestrację w obrębie autofagosomu lub omegasomu, lub odpowiednio późnych endosomach/ciałach wielopęcherzykowych; kluczową kwestią jest to, że w że w tych typach autofagii początkowe zdarzenie sekwestracji nie występuje na błonie ograniczającej organelle ulegające degradacji. W każdym przypadku ładunek jest ostatecznie dostarczany do lizosomu lub światła wakuoli w celu późniejszej degradacji. degradacji. Tak więc, myślę, że większość badaczy autofagii postrzega organelle degradujące organelle jako ostateczne miejsce docelowe szlaku. Rzeczywiście, pasuje to do ogólną koncepcją, zgodnie z którą organelle umożliwiają kompartmentalizację reakcji. W odniesieniu do w odniesieniu do lizosomu lub wakuoli, zapewnia to również pewien poziom bezpieczeństwa poprzez utrzymując zawartość lityczną z dala od pozostałej części komórki. Jeśli jesteśmy nieco zmodyfikować naszą definicję autofagii, skupiając się na "degradacji własnych składników komórki poprzez lizosomalną / wakuolarną maszynerię", możemy uwzględnić nowo udokumentowany proces, zaprogramowaną destrukcję jądrową (PND). (PND). --- W transporcie materiału cytoplazmatycznego do wakuoli u Saccharomyces cerevisiae pośredniczą trzy nakładające się szlaki. wakuoli u Saccharomyces cerevisiae. Szlak transportu cytoplazmy do wakuoli (Cvt) transportuje hydrolazę wakuolarną, aminopeptydazę I (API), podczas gdy pexophagy pośredniczy w dostarczaniu nadmiaru peroksysomów do degradacji. Zarówno zarówno szlak Cvt, jak i pexophagy są procesami selektywnymi, które specyficznie rozpoznają swój ładunek. W przeciwieństwie do nich, makroautofagia nieselektywnie transportuje większość cytozolu do wakuoli w celu recyklingu. Większość scharakteryzowanych do tej pory mechanizmów importu jest wymagana dla wszystkich trzech trybów transportu. Jednakże, unikalne cechy każdej ścieżki dyktują wymóg dodatkowych składników, które które odróżniają te szlaki od siebie, w tym na etapie specyficznej selekcji ładunku. Zidentyfikowaliśmy Cvt9 i jego odpowiednik Pichia pastoris Gsa9. W S. cerevisiae, Cvt9 jest wymagany do selektywnego dostarczania prekursora API (prAPI) do komórek S. cerevisiae. API (prAPI) do wakuoli przez szlak Cvt i ukierunkowaną degradację peroksysomów przez pexophagy. W P. pastoris, Gsa9 jest wymagany do indukowanej glukozą pexophagy. Co istotne, ani Cvt9, ani Gsa9 nie są wymagane do nieselektywnego transportu masowego ładunku cytoplazmatycznego przez makroautofagię. makroautofagię. Delecja CVT9 destabilizuje wiązanie prAPI do błony, a analiza cvt9 destabilizuje wiązanie prAPI do błony. błoną, a analiza mutanta cvt9 wrażliwego na temperaturę potwierdza bezpośrednią rolę rolę Cvt9 w tworzeniu pęcherzyków transportowych. Oligomery Cvt9 peryferyjnie wiążą się z nowym, okołopęcherzykowym przedziałem błonowym i oddziałują z Apg1, kinazą Ser/Thr niezbędną zarówno dla szlaku Cvt, jak i autofagii. W P. pastoris Gsa9 jest rekrutowany do skoncentrowanych regionów na błonie wakuoli, które kontaktują się z peroksysomami w procesie pochłaniania przez peksofagię. Te wyniki biochemiczne i morfologiczne pokazują, że Cvt9 i P. pastoris Gsa9 mogą funkcjonować na etapie selektywnej sekwestracji ładunku. --- Geny ATG kodują białka, które są wymagane do makroautofagii, szlaku Cvt i/lub peksofagii. Korzystając z opublikowanych sekwencji białek Atg, sprawdziliśmy bazy danych białek i DNA w celu zidentyfikowania domniemanych funkcjonalnych homologów (ortologów) w 21 gatunkach grzybów (drożdże i grzyby nitkowate), których sekwencje genomowe były dostępne. były dostępne. Dla porównania z białkami Atg u wyższych eukariontów, przeprowadzono również analizę uwzględniono również analizę baz danych Arabidopsis thaliana i Homo sapiens. Analiza ta analiza wykazała, że białka Atg wymagane do nieselektywnej makroautofagii są konserwowane od drożdży do człowieka, podkreślając znaczenie tego procesu w przetrwaniu i żywotności komórek. Genomy A. thaliana i człowieka kodują wiele białek wysoce podobnych do specyficznych grzybowych białek Atg (paralogów), prawdopodobnie reprezentujących izoformy specyficzne dla typu komórki. Białka Atg specyficznie zaangażowane w szlak Cvt i / lub pexophagy wykazały słabą konserwację i były generalnie nie występowały u A. thaliana i człowieka. Co więcej, Atg19, receptor ładunku Cvt, został wykryty tylko w Saccharomyces cerevisiae. Niemniej jednak, Atg11, białko łączące ładunek związany z receptorem (peroksysomy, kompleks Cvt) z maszynerią autofagiczną zostało zidentyfikowane u wszystkich badanych gatunków drożdży i grzybów strzępkowych. nitkowatych. Sugeruje to, że u grzybów może występować specyficzna dla organizmu forma selektywnej autofagii, dla której wyewoluowały wyspecjalizowane białka Atg. --- Makroautofagia (zwana dalej autofagią) jest procesem degradacji komórkowej, który u drożdży jest indukowany w odpowiedzi na brak składników odżywczych. drożdży jest indukowany w odpowiedzi na niedobór składników odżywczych. W tym procesie powstaje pęcherzyk z podwójną błoną, autofagosom, otacza część cytoplazmy i łączy się z wakuolą. łączy się z wakuolą, aby umożliwić rozpad i późniejszy recykling ładunku. ładunku. U drożdży zidentyfikowano wiele genów związanych z autofagią (ATG). które są wymagane do selektywnej i/lub nieselektywnej autofagii. We wszystkich szlakach związanych z autofagią, podstawowe białka Atg są wymagane do tworzenia autofagosomu. autofagosomu, który jest jednym z najbardziej unikalnych aspektów autofagii i jest w przeciwieństwie do innych zdarzeń transportu pęcherzyków. W przeciwieństwie do nieselektywnej autofagii, procesy selektywne są indukowane w odpowiedzi na różne specyficzne warunki fizjologiczne, takie jak zmiany warunki fizjologiczne, takie jak zmiany w źródle węgla. W niniejszym W niniejszym przeglądzie przedstawiamy przegląd wspólnych aspektów dotyczących mechanizmu szlaków związanych z autofagią i podkreślamy najnowsze postępy w naszym zrozumieniu mechanizmu, który kontroluje indukcję autofagii w odpowiedzi na warunki głodu odżywczego. warunki głodu. --- Produkcja hemoglobiny w krwinkach czerwonych zależy od mitochondrialnej syntezy hemu. mitochondriów. Jednak dojrzałe czerwone krwinki są pozbawione mitochondriów i polegają na na glikolizie do produkcji ATP. Molekularne podstawy selektywnej eliminacji mitochondriów z dojrzałych krwinek czerwonych pozostaje kontrowersyjna. Najnowsze dowody sugerują, że klirens zarówno mitochondriów, jak i rybosomów, które zachodzi w retikulocytach po ekstruzji jądrowej, zależy od autofagii. Tutaj wykazaliśmy, że Ulk1, kinaza serynowo-treoninowa o homologii do drożdży atg1p, jest krytycznym regulatorem klirensu mitochondriów i rybosomów podczas końcowych etapów dojrzewania erytroidów. Jednak w przeciwieństwie do podstawowych genów genów autofagii, takich jak atg5 i atg7, ekspresja ulk1 nie jest niezbędna do indukcji makroautofagii. indukcji makroautofagii w odpowiedzi na niedobór składników odżywczych lub dla przeżycia nowonarodzonych myszy. Łącznie dane te sugerują, że homolog ATG1, Ulk1, jest składnikiem selektywnej maszynerii autofagii, która prowadzi do eliminacji organelli w komórkach erytroidalnych, a nie istotnym mechanistycznym składnikiem mechanizmu autofagii. --- Istnieje wzajemna zmiana w ekspresji dwóch członków rodziny BAG (Bcl-2-associated athanogen), BAG1 i BAG3, podczas starzenia komórkowego i ostrego stresu ("BAG1-BAG3-switch"). pod wpływem ostrego stresu ("przełącznik BAG1-BAG3"). BAG3 został niedawno opisany jako mediator nowego szlaku makroautofagii, który wykorzystuje specyficzność białka szoku cieplnego 70 (HSP70). szoku cieplnego 70 (HSP70) do nieprawidłowo sfałdowanych białek, a także obejmuje innych partnerów białkowych, takich jak partnerów, takich jak HSPB8. Kluczowe dla indukcji i realizacji autofagii są również są sequestosome-1/p62 (SQSTM1/p62) i LC3, białko związane z autofagosomem. białko związane z autofagosomem. W tym nowym szlaku BAG3 pośredniczy w celowaniu i transporcie substratów podatnych na degradację do agregatów. podatnych na degradację substratów do agresomów za pośrednictwem dyneiny mikrotubulowej. Co ciekawe, celowanie w agrekomy przez BAG3 nie zależy od ubikwitynacji substratu ubikwitynacji i dlatego jest zaangażowany w usuwanie nieprawidłowo sfałdowanych białek białek, które nie są ubikwitynowane.
Czy makroautofagia jest selektywnym procesem degradacji?
Tak. Makroautofagia (powszechnie określana po prostu jako autofagia) jest procesem katabolicznym zachowanym u eukariontów i różni się od innych form autofagii tworzeniem autofagosomu: jest to formacja podobna do pęcherzyka otoczona podwójną błoną, która sekwestruje materiał cytoplazmatyczny przeznaczony do degradacji. Początkowo uważano, że makroautofagia jest procesem masowym; jednak ostatnie odkrycia pokazują, że określone ładunki (od nieprawidłowo sfałdowanych lub nadmiarowych białek, po organelle, a nawet komórki bakteryjne) mogą być selektywnie kierowane do błony pre-autofagosomu (tj. fagoforu) i ostatecznie do wakuoli/lizosomów w celu ich degradacji.