自噬是一系列自噬体结构演变的过程,由自噬相关基因(autophagy-relatedgene,ATG)执行精细的调控。在饥饿、低氧、药物等因素作用下,待降解的细胞成分周围会形成双层结构分隔膜,随后分隔膜逐渐延伸,较终将待降解的胞浆成分完全封闭形成自噬体(autophosome);自噬体形成后将通过细胞骨架微管系统运输至溶酶体,二者融合形成自噬溶酶体(autopholysome);较终其内容物在溶酶体酶作用下被细胞降解利用。目前研究发现自噬调节涉及多种信号通路,其中以腺苷单磷酸活化蛋白激酶(adenosinemono-phosphateactivatedproteinkinase,AMPK)及哺乳动物雷帕霉素受体(mammaliantargetofrapamycin,mTOR)信号通路为调控中心。AMPK促进自噬发生,而mTOR阻止自噬发生。此外,许多经典的凋亡信号通路或蛋白被发现与自噬调控之间存在着复杂的交织。自噬对胚胎发育和细胞分化有贡献。山西自噬整体实验
在正常情况或短时间的饥饿状态下,细胞内的蛋白质主要通过泛素化蛋白酶系统降解为氨基酸。但数小时以上的饥饿后,自噬被活化并将蛋白质降解为氨基酸。关于这些氨基酸的用途,主要有三种途径:自噬的另一大功能是清理细胞内受损的细胞器或错误折叠的蛋白质。有时候自噬也会清理一些多余的细胞器(如过氧化物酶体)。自噬在清理垃圾方面的功能使自噬成为许多疾病的潜在调整靶点。已经有研究表明,自噬被阻止会导致不正常的蛋白质和细胞器在肝脏、神经细胞和肌肉细胞中累积。例如,在阿尔茨海默症中,可以观察到大量的自噬体,这可能与该疾病中累积的淀粉样蛋白变性有关。而在一些神经退行性变(如帕金森症、亨廷顿氏舞蹈症)的动物模型中,用TOR激酶阻止剂来模拟饥饿信号以增强自噬,可以减少致病的α-突触核的蛋白积累,并延缓症状出现。山西mRFP-GFP-LC3双荧光自噬正常细胞中的自噬性溶酶体在消化、分解、自然更替一些细胞内的结构上起着重要作用。
系统性红斑狼疮是一类高度异质的自身免疫病的总称,其主要特点为大量抗DNA/RNA自身抗体的出现。这些过量的抗DNA/RNA抗体的出现有许多种可能的解释,其中一种可能的原因是,细胞内部清理垃圾DNA/RNA的自噬途径受阻,导致大量垃圾DNA/RNA累积,直至超过了免疫系统对自身抗原的耐受阈值。对SLE患者的基因多态性分析表明,有一部分患者中Atg5和Atg7产生突变,提示自噬紊乱作为SLE的一种病因的可能性。另一方面,在SLE患者的T细胞中,可观测到自噬普遍上调,这可能是大量免疫原性物质刺激的结果而非原因。许多临床上用于调整SLE的药物都有阻止自噬的作用,例如羟氯喹。这些药物的调整作用,可能有一部分是通过直接阻止树突状细胞中的自噬来影响自身抗原提呈来实现的。
细胞经诱导或阻止后,需对自噬过程进行观察和检测,常用的策略和技术有:1、利用WesternBlot检测LC3-II/I比值的变化以评价自噬形成自噬形成时,胞浆型LC3(即LC3-I)会酶解掉一小段多肽,转变为(自噬体)膜型(即LC3-II),因此,LC3-II/I比值的大小可估计自噬水平的高低。(注意:LC3抗体对LC3-II有更高的亲和力,会造成假阳性。方法2和3需结合使用,同时需考虑溶酶体活性的影响。)2、检测长寿蛋白的批量降解:非特异。3、MDC(Monodansylcadaverine,单丹磺酰尸胺)染色:包括自噬体,所有酸性液泡都被染色,故属于非特异性的。4、CellTrackerTMGreen染色:主要用于双染色,但其能染所有的液泡,故也是属于非特异性的。自噬作用对维持细胞体内平衡和能量平衡至关重要。
自噬的步骤可以大概总结为下面四步:步骤1:细胞接受自噬诱导信号后,在胞浆的某处形成一个小的类似脂质体样的膜结构,然后不断扩张,但它并不呈球形,而是扁平的,就像一个由2层脂双层组成的碗,可在电镜下观察到,被称为Phagophore,是自噬发生的铁证之一。步骤2:Phagophore不断延伸,将胞浆中的任何成分,包括细胞器,全部揽入碗中,然后收口,成为密闭的球状的autophagosome,即自噬体。电镜下观察到自噬体是自噬发生的铁证之二。有2个特征:一是双层膜,二是内含胞浆成分,如线粒体、内质网碎片等。步骤3:自噬体形成后,可与细胞内吞的吞噬泡、吞饮泡和内体融合(这种情况不是必然要发生的)。步骤4:自噬体与溶酶体融合形成autolysosome,期间自噬体的内膜被溶酶体酶降解,二者的内容物合为一体,自噬体中的货物也被降解,产物(氨基酸、脂肪酸等)被输送到胞浆中,供细胞重新利用,而残渣或被排出细胞外或滞留在胞浆中。目前已有多份研究表明自噬在许多细胞的分化进程中被不同程度地唤醒。浙江细胞自噬溶酶体
由于自噬体属于亚细胞结构,普通光镜下看不到,因此,直接观察自噬体需在透射电镜下。山西自噬整体实验
自噬紊乱也可能在类风湿性关节炎、多发性硬化等其他自身免疫病的发生中起到一定作用。自噬的信号通路非常复杂,有许多蛋白都可作为调控自噬的靶点,并针对其开发药物。按照对自噬功能的影响,这些分子大体可分为自噬促进剂和自噬阻止剂两类。自噬促进剂一般通过模拟饥饿或营养缺乏来实现对自噬的刺激作用。这一类分子较常见的是TOR激酶(mTOR)阻止剂。由于mTOR是细胞中主要的能量感受器,阻止mTOR相当于模拟细胞饥饿时的状态。如前文中的机理所述,阻止mTOR会解除Atg13的磷酸化,进而唤醒自噬。有几种mTOR阻止剂已经进入市场,例如雷帕霉素(Rapamycin,又称西罗莫司Sirolimus)、依维莫司(Everolimus)和索拉非尼(Sorafenib)。山西自噬整体实验
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