細(xì)胞自噬與代謝課件

1、1,1,鄧 勇2012-08-17,細(xì)胞自噬與代謝,2,目 錄,自噬的機(jī)制與調(diào)控,2,3,自噬（autophagy）細(xì)胞自噬(autophagy or autophagocytosis)：又稱(chēng)為Ⅱ型細(xì)胞死亡，是細(xì)胞在自噬相關(guān)基因(autophagy related gene，Atg)的調(diào)控下利用溶酶體降解自身受損的細(xì)胞器和大分子物質(zhì)的過(guò)程。,,比利時(shí)科學(xué)家Christian de Duve在上世紀(jì)50年代經(jīng)過(guò)電鏡察看到自噬

2、體（autophagosome）構(gòu)造，并且在 1963 年溶酶體國(guó)際會(huì)議上首先提出了“自噬”這種說(shuō)法。因而Christian de Duve被公以為自噬研討的鼻祖。Christian de Duve 也因發(fā)現(xiàn)溶酶體，于1974年取得諾貝爾獎(jiǎng),http://news.dxy.cn/bbs/thread/18181343,4,蛋白酶體途徑：降解細(xì)胞內(nèi)短壽(short-lived)、多聚泛素化(ubiquitination)的蛋白質(zhì)。原核生

3、物：通過(guò)19S的蛋白酶體能識(shí)別靶蛋白的特定氨基酸序列并將其降解。真核生物：則是通過(guò)26S的蛋白酶體降解蛋白質(zhì)。內(nèi)吞途徑：將跨膜蛋白運(yùn)送到溶酶體降解。細(xì)胞自噬途徑：而長(zhǎng)壽蛋白(long-lived protein)、蛋白聚集物及膜包被的細(xì)胞器是通過(guò)細(xì)胞自噬的方式在溶酶體降解。,1.1 細(xì)胞內(nèi)成分的主要降解途徑,5,,由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)來(lái)源的膜包繞待降解物形成自噬體，然后與溶酶體融合并降解其內(nèi)容物；,1.2 自噬的分類(lèi)——根據(jù)細(xì)胞物質(zhì)運(yùn)到溶

4、酶體內(nèi)的途徑不同,溶酶體的膜直接包裹長(zhǎng)壽命蛋白等，并在溶酶體內(nèi)降解；,胞質(zhì)內(nèi)蛋白結(jié)合到分子伴侶后被轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體腔中，然后被溶酶體酶消化。CMA 的底物是可溶的蛋白質(zhì)分子，在清除蛋白質(zhì)時(shí)有選擇性，而前兩者無(wú)明顯的選擇性。,6,1.2 自噬的分類(lèi)——根據(jù)細(xì)胞物質(zhì)運(yùn)到溶酶體內(nèi)的途徑不同,7,通常認(rèn)為大自噬是一種非特異過(guò)程。但是，在一些情況下細(xì)胞器，如：線粒體，過(guò)氧化物酶體等，似乎是優(yōu)先包裹的對(duì)象，提示有一定選擇性或特異性。,,1.2 自噬的分

5、類(lèi)——大自噬的非特異性與特異性,8,,應(yīng)激功能細(xì)胞自噬是細(xì)胞在饑餓條件下的一種存活機(jī)制。 當(dāng)營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)，細(xì)胞自噬增強(qiáng)，使非關(guān)鍵成分降解，釋放出營(yíng)養(yǎng)成分，以保證過(guò)程的繼續(xù)。防御功能在細(xì)胞受到致病微生物感染時(shí)，細(xì)胞自噬起一定的防御作用。維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)在骨骼機(jī)和心肌，細(xì)胞自噬有特殊的“看家”(house keeping)功能，幫助細(xì)胞漿成分，包括線粒體，進(jìn)行更新。延長(zhǎng)壽命細(xì)胞自噬可降解損傷的細(xì)胞器、細(xì)胞膜和變性蛋白等胞內(nèi)成分。如

6、果細(xì)胞自噬受損衰竭，細(xì)胞損傷就會(huì)堆積、累加，產(chǎn)生老化?？刂萍?xì)胞死亡及癌癥當(dāng)前，決定細(xì)胞自噬導(dǎo)致細(xì)胞死亡，還是維持細(xì)胞存活的因子尚不完全清楚。所以，細(xì)胞自噬與細(xì)胞死亡之間的因果關(guān)系還沒(méi)有最后定論。,1.3 細(xì)胞自噬的生物學(xué)意義,9,1.4 自噬過(guò)程,自噬的誘導(dǎo)自噬體的形成自噬體的運(yùn)輸、融合自噬體的裂解,10,1.2 自噬過(guò)程,11,研究發(fā)現(xiàn)已有35種Atg（autophagy-related genes） 基因及其編碼的蛋白參與

7、自噬體的形成,,2.1 自噬的分子機(jī)制,12,,2.1 自噬的分子機(jī)制,mTORC1：哺乳動(dòng)物的雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1Atg12/LC3：兩種泛素樣加工系統(tǒng)，包裹自噬底物形成自噬體。Atg12-Atg5-Atg16L1:與外膜結(jié)合，促進(jìn)伸展Atg5:決定膜伸展方向LC3-Ⅱ：自噬體標(biāo)志分子，判斷誘導(dǎo)或抑制Atg9:嵌膜蛋白來(lái)回循環(huán)移動(dòng)活化該激酶復(fù)合物從而產(chǎn)生自噬分隔膜。PE:磷脂酰乙醇胺,13,,2.2 自噬的調(diào)控,依賴(lài)m

8、TOR（哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶點(diǎn)）途徑的自噬PI3K-AKT-mTOR信號(hào)通路AMPK-TSC 1/2-mTOR 信號(hào)通路其它的信號(hào)通路3-甲基腺嘌呤（3-MA）通過(guò)抑制Class Ⅲ PI3K的活性抑制自噬。beclin1和UVRAG作為正調(diào)控子，抗凋亡因子bcl-2作為負(fù)調(diào)控子共同參與組成Class Ⅲ PI3 復(fù)合物調(diào)控自噬。GTP結(jié)合的G蛋白亞基Gαi3抑制自噬；GDP結(jié)合的Gαi3蛋白活化自噬。死亡相關(guān)蛋白激酶（d

9、eath-associated protein linase,DAPK）和DAPK相關(guān)蛋白激酶（DAPK-related protein kinase-1,DRP-1）誘導(dǎo)自噬。PKA、casein激酶 Ⅱ、MAP激酶、calcium途徑也在自噬錯(cuò)綜復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)格中，但其機(jī)制還不甚清楚。,14,,2.2 自噬的調(diào)控,PI3K：磷脂酰肌醇-3激酶MAPK：促分裂素原活化蛋白激酶AMPK：腺苷酸活化蛋白激酶TSC 1/2:結(jié)節(jié)性硬化

10、復(fù)合物1/2Rheb:鳥(niǎo)苷三磷酸酶HIFs:缺氧活化因子紫色的線表示對(duì)自噬的正調(diào)節(jié)作用，而黃線則表示負(fù)調(diào)節(jié)作用。許多通路都集中于AMPK-mTORC1軸上。綠線指mTOR-獨(dú)立的通路。,15,自噬能清除不正常構(gòu)型的蛋白質(zhì)，并消化受損和多余的細(xì)胞器，是真核細(xì)胞中廣泛存在的降解/再循環(huán)系統(tǒng)。在細(xì)胞新陳代謝、結(jié)構(gòu)重建、生長(zhǎng)發(fā)育中起著重要作用。在饑餓和新生兒早期，自噬作用明顯加強(qiáng)，自噬體顯著增多,,3.1 自噬的代謝功能,16,3

11、.1 自噬的代謝功能,17,3.1 自噬的代謝功能,自噬在成年哺乳動(dòng)物饑餓時(shí)的作用。在肝臟和心臟中的自噬產(chǎn)生脂肪酸和氨基酸，異化分解產(chǎn)生能量。在肝臟中，這些能量驅(qū)動(dòng)著糖原異生和生酮作用的發(fā)生。氨基酸是生酮作用和糖原異生的底物，而由脂肪酸生成的乙酰輔酶A只能用作生酮作用。當(dāng)饑餓持續(xù)時(shí)，脂肪和肌肉的降解在為肝臟提供底物時(shí)起著越來(lái)越重要的作用，而肝臟則為大腦提供葡萄糖和酮體。,,,18,19,,與正常組織相比，惡性腫瘤內(nèi)通常不能形成正常

12、的血管，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞通常生活在營(yíng)養(yǎng)不良、生長(zhǎng)因子缺乏、氧氣不足的惡劣環(huán)境中。所以，癌癥中自噬的作用具有兩面性：自噬既能夠抑制某些癌變的發(fā)生，也能促進(jìn)某些腫瘤的生長(zhǎng)。自噬缺乏導(dǎo)致自噬底物p62積聚，通過(guò)NF-κB信號(hào)途徑誘發(fā)腫瘤。自噬是腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移過(guò)程中脫離細(xì)胞外基質(zhì)后的重要成活機(jī)制，能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移,3.2 自噬與腫瘤,20,3.2 自噬與腫瘤,21,總 結(jié),自噬是細(xì)胞代謝的主要貢獻(xiàn)者。當(dāng)外部的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏時(shí)自噬可以提供內(nèi)