Аутофагия как правильно голодать

Питательное голодание вызывает острый аутофагический ответ, опосредованный дефосфорилированием Ulk1 и его последующей диссоциацией от AMPK
Макроаутофагия (в настоящем документе называемая аутофагией) представляет собой эволюционно консервативный процесс самоочищения клеток, адаптирующийся к голоданию и другим стрессовым реакциям. После голодания вызывается аутофагия, обеспечивающая клетки необходимыми питательными веществами. Здесь мы сообщаем, что Unc-51-подобная киназа 1 (Ulk1), ключевой инициатор аутофагии млекопитающих, подвергается резкому дефосфорилированию при голодании, особенно в серине 638 и серине 758. Фосфорилирования Ulk1 опосредуются мишенью рапамицина млекопитающих (mTOR киназы и аденозинмонофосфат-активируемой протеинкиназы (AMPK). AMPK взаимодействует с Ulk1 в зависимости от питательных веществ. Правильные фосфорилирования на Ulk1 имеют решающее значение для ассоциации Ulk1 / AMPK, поскольку одиночная мутация серин-аланин (S758A) в Ulk1 нарушает это взаимодействие. По сравнению с диким типом ULK1, Этот мутант Ulk1-S758A начинает вызывать голодную аутофагию быстрее в ранний момент времени, но не изменяет максимальную способность аутофагии, когда голодание продолжается. Таким образом, это исследование выявило ранее незамеченную острую реакцию аутофагии на изменения окружающей среды.
Эукариотические клетки развили различные сигнальные каскады и клеточные процессы в ответ на быстрые изменения окружающей среды. Среди них макроаутофагия (в настоящем документе называемая аутофагией) представляет собой эволюционно консервативный процесс самоочищения клеток, адаптирующийся к питательному голоданию ( 1 , 2 ). Аутофагия играет решающую роль в развитии, врожденной иммунной защите, контроле качества белка, подавлении опухоли и гибели клеток ( 3 , 4 ). Во время аутофагии части цитоплазматических материалов поглощаются специализированными двухмембранными структурами с образованием аутофагосом, которые затем сливаются с лизосомами, разрушая их грузы и регенерируя питательные вещества ( 5 , 6). Этот процесс очень индуцибелен и жестко регулируется. В нормальных условиях роста, когда питательных веществ в избытке, аутофагия сохраняется на базальном уровне, главным образом, для ведения домашнего хозяйства, такого как деградация долгоживущих белков и восстановление поврежденных клеточных органелл; В стрессовых условиях, таких как голодание, аутофагия стимулируется, чтобы обеспечить клетки дополнительными внутренними питательными веществами. Эта индукция в значительной степени обусловлена ингибированием активности комплекса TOR (мишень-рапамицина) 1 (TORC1), комплекса киназы, активность которого регулируется путем интеграции предшествующих PI3K (фосфатидилинозитол-3-киназа) / AMPK (аденозинмонофосфат-активированной протеинкиназы) и другие чувствительные к питанию сигналы ( 1 , 7 , 8 ).
Инициирование аутофагии было широко изучено у почкующихся дрожжей Saccharomyces cerevisiae . Atg1-киназа активно участвует в пути нацеливания цитоплазмы в вакуоль в условиях, богатых питательными веществами, и переключается на индукцию аутофагии при голодании, образуя инициирующий аутофагию комплекс с Atg13, Atg17, Atg2 и Atg31 ( 2). Это событие состоит из сигнального каскада, включающего ингибирование дрожжевого TORC1, дефосфорилирование Atg13, усиление ассоциации между Atg13 и Atg1 и, наконец, повышение активности киназы Atg1 для запуска событий ниже по течению. У высших эукариот, включая млекопитающих, хотя и сходных с их дрожжевым аналогом, детальный механизм и регуляция, связанные с инициацией аутофагии, до недавнего времени не исследовались. Unc-51-подобная киназа 1 (Ulk1), а также менее изученный Ulk2, являются двумя функциональными гомологами млекопитающих киназы Atg1 дрожжей. Так же, как и у дрожжей Atg1, киназа Ulk1 взаимодействует с несколькими партнерами, связанными с аутофагией, включая Atg13 млекопитающих (mAtg13), Atg101 и FIP200 / RB1CC1 (взаимодействующий белок семейства фокальной адгезионной киназы 200 кДа или спиральная спираль 1, индуцируемая ретинобластомой 1) ( 9- 15 )
Несмотря на это сходство между дрожжевыми комплексами и комплексами, инициирующими аутофагию млекопитающих, однако, между этими двумя системами остаются значительные различия. FIP200 / RB1CC1 и Atg101 не присутствуют в почкующихся дрожжах S. cerevisiae . Что касается FIP200 / RB1CC1, он может функционально перекрываться как с дрожжами Atg11, так и с дрожжами Atg17 ( 16 ). Наиболее важно, что mAtg13 постоянно ассоциируется с Ulk1 независимо от наличия питательных веществ, что отличается от вызванной голоданием ассоциации между Atg1 и Atg13 у S. cerevisiae ( 10).- 12 , 14 ). Поскольку это динамическое взаимодействие между Atg1 и Atg13 является ключевым регуляторным шагом для инициации аутофагии дрожжей и отсутствует в комплексе Ulk1, аутофагию млекопитающих необходимо инициировать так, чтобы, по крайней мере частично, отличаться от таковой у дрожжей.
Функциональные выходы аутофагии обычно рассматриваются как накопительные и относительно медленные процессы. Разнообразие анализов контролирует аутофагические показания в широких временных окнах, обычно через несколько часов после обработок, которые нарушают клеточные сигналы. Тем не менее, верхние регуляции аутофагии в основном через каскады киназы, которые по своей природе быстрые. Следовательно, концептуально правдоподобно, что аутофагию можно обнаружить в более ранние моменты времени, особенно когда культивируемые клетки обрабатывают в суровых условиях, таких как полное изъятие среды / сыворотки.
В этом отчете мы решаем эти проблемы, сосредотачиваясь на статусе фосфорилирования Ulk1. Наши данные показывают, что Ulk1 глобально дефосфорилируется при голодании. Было картировано 13 сайтов фосфорилирования. AMPK, ключевой комплекс киназ для наблюдения за энергией, который, как считается, действует выше mTOR, напрямую связан с комплексом Ulk1 в зависимости от питательных веществ. Ассоциация Ulk1 / AMPK определяется фосфорилированием Ulk1 и, следовательно, доступностью питательных веществ. Это взаимодействие может служить в качестве связующего резервуара для ограничения Ulk1 во время нормальных условий роста и подготавливает клетки к быстрой инициации аутофагии при недостатке питательных веществ.
.
Недавние исследования показали, что TORC1 млекопитающих (mTORC1), верхний регулятор аутофагии, может напрямую взаимодействовать с комплексом Ulk1 в условиях, богатых питательными веществами (питающимися), и, возможно, предотвращать инициацию аутофагии посредством ингибирующих фосфорилирования

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Comments links could be nofollow free.