Autophagy and other vacuolar protein degradation mechanisms

Autophagic degradation of cytoplasm (including protein, RNA etc.) is a non-selective bulk process, as indicated by ultrastructural evidence and by the similarity in autophagic sequestration rates of various cytosolic enzymes with different half-lives. The initial autophagic sequestration step, performed by a poorly-characterized organelle called a phagophore, is subject tofeedback inhibition by purines and amino acids, the effect of the latter being potentiated by insulin and antagonized by glucagon. Epinephrine and other adrenergic agonists inhibit autophagic sequestration through a prazosin-sensitive ₁-adrenergic mechanism. The sequestration is also inhibited by cAMP and by protein phosphorylation as indicated by the effects of cyclic nucleotide analogues, phosphodiesterase inhibitors and okadaic acid.Asparagine specifically inhibits autophagic-lysosomal fusion without having any significant effects on autophagic sequestration, on intralysosomal degradation or on the endocytic pathway. Autophaged material that accumulates in prelysosomal vacuoles in the presence of asparagine is accessible to endocytosed enzymes, revealing the existence of an amphifunctional organelle, the amphisome. Evidence from several cell types suggests that endocytosis may be coupled to autophagy to a variable extent, and that the amphisome may play a central role as a collecting station for material destined for lysosomal degradation.Protein degradation can also take place in a salvage compartment closely associated with the endoplasmic reticulum (ER). In this compartment unassembled protein chains are degraded by uncharacterized proteinases, while resident proteins roturn to the ER and assembled secretory and membrane proteins proceed through the Golgi apparatus. In thetrans-Golgi network some proteins are proteolytically processed by Ca²⁺-dependent proteinases; furthermore, this compartment sorts proteins to lysosomes, various membrane domains, endosomes or secretory vesicles/granules. Processing of both endogenous and exogenous proteins can occurr in endosomes, which may play a particularly important role in antigen processing and presentation. Proteins in endosomes or secretory compartments can either be exocytosed, or channeled to lysosomes for degradation. The switch mechanisms which decide between these options are subject to bioregulation by external agents (hormones and growth factors), and may play an important role in the control of protein uptake and secretion.     

LC3真核表达载体构建及其在293T细胞中自噬诱导研究

【目的】构建pEGFP-N1-LC3真核表达载体,并将其转染进人胚肾细胞293T,通过Earle's盐平衡液(Balanced salt solution,EBSS)饥饿诱导观察细胞自噬现象。【方法】RT-PCR扩增LC3基因,并将其插入pEGFP-N1真核表达载体构建重组质粒。将重组质粒转染至人胚肾细胞293T,显微镜观察、Western blot检测GFP-LC3融合蛋白表达情况。对转染细胞进行Earle's盐平衡液饥饿诱导,通过Western blot验证自噬指标,激光共聚焦显微镜观察自噬泡形成。【结果】成功构建pEGFP-N1-LC3真核表达载体,并在293T细胞中成功表达目的蛋白,在进行Earle's盐平衡液饥饿诱导后观察到自噬泡的形成,Western blot检测到LC3-Ⅰ向LC3-Ⅱ的转化。【结论】本实验为研究自噬在癌细胞病理进程中的机制提供了实验素材。     

纳米材料毒性机制及其影响因素

纳米材料以其独特的物理化学性质被广泛应用到工农业和人们生活的各个领域,随着纳米材料的生产加工和使用,纳米材料可以经过大气循环、水循环、生物循环进入生态环境,进而侵染生物体,影响人类健康.因此,纳米材料的毒性问题日益受到人们的关注,而纳米材料毒性机制和影响因素是纳米材料毒性研究的热点问题之一.目前,氧化应激和炎症反应是解释纳米材料毒性的两种主要机制,此外,越来越多的研究表明自噬也是纳米材料毒性的一种潜在机制,并且自噬可能与氧化应激和炎症反应相互关联.另一方面,纳米材料的物理化学性质如尺寸、形状、表面修饰等对其毒性产生重要影响.本文首先概括了纳米颗粒进入环境及侵染生物体的方式,分析纳米材料引起生物和环境毒性的机制,最后对影响纳米材料毒性的因素进行深入探讨,以期为纳米毒理学研究提供帮助.     

细胞自噬在植物应答盐胁迫中的作用研究

本研究以模式植物拟南芥为材料,利用生理学和遗传学手段分析了盐胁迫下细胞自噬基因和活性氧(ROS)变化的相关性.结果表明野生型拟南芥Col-0在遭受盐胁迫处理3d表现了叶片漂白的症状并且会诱导ROS的产生和积累了大量的细胞死亡.荧光定量PCR实验表明盐胁迫会诱导细胞自噬相关基因的表达,细胞自噬参与了调控植物的防御机制来响应盐胁迫.进一步的实验表明拟南芥细胞自噬突变体atg2和atg5在遭受盐胁迫处理3d表现了更加严重的叶片漂白症状并且积累大量的细胞死亡和ROS.初步表明细胞自噬主要是通过调控ROS的产生来应答盐胁迫.     

结核分枝杆菌分泌蛋白调控巨噬细胞自噬诱导持续性感染

巨噬细胞的自噬作用能够保护宿主抵抗结核分枝杆菌的感染;而持续性感染的MTB(Mycobacterium tuberculosis)可以从自噬体中逃逸或抑制自噬的发生,从而在宿主体内长期存活。尽管相关机制不明确,但胞内存活的MTB分泌蛋白在持续性感染时发挥了重要作用。它可以通过抑制巨噬细胞自噬维持蛋白质稳定性和在胞内长期存活,导致LTBI(latent TB infection)的发生。综述了MTB的四种分泌蛋白(Eis、Pkn G、Sap M和Hsp16. 3)在持续性感染中调节巨噬细胞自噬的作用,可能为发现LTBI新的生物标志物和药物新靶点提供有效思路。     

细胞自噬与高迁移率族蛋白B-1(HMGB1)介导肿瘤耐药的研究进展

恶性肿瘤可通过多种细胞机制,产生对抗癌药物和放疗的抗性,即所谓耐药现象.细胞自噬是肿瘤细胞耐药的一个重要原因.高迁移率族蛋白B-1(HMGB1)是高度保守的非组蛋白DNA结合蛋白,在DNA结构、基因转录、基因重组、DNA损伤修复以及细胞存活等方面发挥重要的调控作用;HMGB1在细胞内的功能,与其氧化还原状态和细胞定位息...     

自噬对肝癌SMMC-7721细胞侵袭迁移能力的影响

为探讨自噬对照射过程中肝癌SMMC-7721细胞侵袭和迁移能力的影响及其潜在的作用机制,将肝癌SMMC-7721细胞分为6组,分别为阴性对照(NC)组、8 Gy X-线照射(IR)组、自噬激活剂雷帕霉素(Rapa)组、自噬抑制剂三甲基腺嘌呤(3-MA)组、照射+雷帕霉素(IR+Rapa)组和照射+三甲基腺嘌呤(IR+3-MA)组,利用划痕实验和Transwell实验检测自噬对肝癌SMMC-7721细胞迁移和侵袭的影响;用CCK8实验检测照射、雷帕霉素和3-MA对肝癌细胞增殖的影响;用蛋白免疫印迹(Western blot)检测N-钙黏蛋白(N-cadherin)、波形蛋白(Vimentin)和LC3B蛋白表达情况。研究结果显示,照射可增强肝癌SMMC-7721细胞侵袭迁移的能力(P<0.05),同时,照射可抑制细胞的增殖能力(P<0.05);雷帕霉素激活自噬可增强细胞的侵袭迁移能力(P<0.05),3-MA抑制自噬可抑制细胞侵袭迁移和细胞的增殖能力(P<0.05)。照射可上调N-cadherin、Vimentin表达水平(P<0.05),激活或抑制自噬可分别增加或抑制N-cadherin、Vimentin蛋白表达水平(P<0.05)。表明X-线照射可激活自噬,促进细胞上皮-间充质转化(Epithelial-Mesenchymal Transition,EMT)的发生。激活自噬可以提高肝癌细胞上皮间质转化进而促进肝癌细胞侵袭迁移;反之,抑制自噬可阻碍肝癌细胞的侵袭迁移。     

松材线虫毒力及发育转型与细胞自噬关系研究

采用透射电镜法对松材线虫的细胞自噬现象进行鉴认,并通过实时定量PCR的方法对不同毒力及不同发育期松材线虫的自噬基因BxAtg1和BxAtg8表达量进行测定。结果表明:饥饿诱导下不同毒力松材线虫存在细胞自噬现象,不同毒力松材线虫饥饿诱导12、24、36 h时,自噬基因BxAtg1表达量递减且趋势一致,而自噬基因BxAtg8在饥饿24 h时的强毒松材线虫体内表达量最高,在饥饿36 h时弱毒松材线虫体内表达量显著升高; 与繁殖性松材线虫体相比,自噬基因BxAtg1和BxAtg8在扩散型3龄(J_Ⅲ)和扩散型4龄幼虫(J_Ⅳ)中的表达量均增加,推测自噬活性的调节机制可能与松材线虫的毒力相关,与松材线虫发育转型阶段的形态特征联系,暗示自噬可帮助松材线虫发育转型,从而提高松材线虫的适应性。     

S8联合小分子化合物Z18的抗肿瘤效应研究

 为了探讨S8联合小分子化合物Z18的抗肿瘤效应,本研究通过联合用药方式处理HeLa细胞后,采用台盼蓝染色和流式细胞仪对细胞死亡率和死亡方式进行检测。电镜实验证实Z18诱导细胞自噬,并利用Western Blotting检测联合用药后LC3-II的变化和使用转染了GFP-LC3或mRFP-EGFP-LC3的HeLa细胞检测联合用药对细胞自噬和自噬流的影响。最后通过ATG5 siRNA和CQ抑制自噬和自噬流,观察联合用药对细胞的自噬和死亡的变化,进一步研究S8对Z18的抗肿瘤作用的影响。结果显示,S8联合用药后,细胞死亡率显著升高(P<0.05),死亡方式主要以坏死为主。S8明显地促进了Z18对HeLa细胞的毒性,其促进作用具有剂量依赖性。但联合用药并未降低Z18引起的自噬空泡集聚,LC3-II蛋白表达也未发生变化。抑制自噬后,并未影响联合用药促进细胞死亡的结果。因此,Z18在联合使用S8的情况下,细胞自噬水平没有发生明显变化,而细胞死亡比例明显升高,自噬并不影响联合用药诱导的细胞死亡。S8可能通过调节细胞坏死的其他途径进而促进细胞对Z18的敏感性,并进一步使细胞发生坏死。     

自噬基因Beclin1与肿瘤的研究进展

近年来,自噬与肿瘤关系的研究已成为一个热点.Beclin 1是存在于哺乳动物体内的一种自噬基因,研究发现Beclin 1可在胃癌中Beclin 1表达下调,并影响肿瘤的生长、分化,甚至参与调控肿瘤化疗耐药.因此,增加细胞自噬活性,通过诱导胃癌细胞自噬性死亡,"操纵自噬"可能继外科手术治疗、化疗、放疗、热疗、免疫治疗和中医中药治疗之后成为肿瘤治疗的新前景.现就近年来自噬相关基因Beclin 1基因与肿瘤的研究进展,尤其是与胃癌的研究进展进行综述.