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了解线粒体自噬

线粒体健康是一个复杂的、仔细调节的过程,涉及确定线粒体大小、生物发生和降解的通路。线粒体大小是一个动态过程,涉及融合(扩大)和裂变(收缩)。消除功能失调的线粒体,通常与裂变有关,通过称为线粒体自噬的选择性自噬通路发生。自噬是清除自噬体捕获并被溶酶体降解的细胞质内容物的分解代谢过程。虽然自噬可能是非选择性的,但它也可用于特异性靶向各种细胞器、病原体甚至蛋白质。

线粒体吞噬是选择性自噬的最佳研究实例,涉及适应诸如线粒体去极化、氧化应激和缺氧等暗示的几种线粒体局部载货受体。含有 LC3 相互作用区 (LIR) 的货物受体与 LC3 家族成员相互作用,将目标连接到自噬体,随后被溶酶体降解。研究最多的线粒体自噬通路涉及在线粒体去极化后激活的 PINK1/Parkin。PINK1 是一种线粒体丝氨酸/苏氨酸激酶,在通过线粒体内膜易位时通常保持在低水平,在那里它被肽酶 PARL 切割并靶向蛋白酶体降解。抑制线粒体膜电位以防止 PINK1 易位导致线粒体外膜稳定、泛素 Ser65 磷酸化以及 E3 连接酶 Parkin 的募集和磷酸化。

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Parkin 的激活导致泛素化链在多个线粒体蛋白上积累,这些蛋白向泛素结合货物受体发出信号,包括 SQSTM1/p62OptineurinNDP52。在这个过程中同样重要的是 TBK1 对货物受体的磷酸化,这是一种参与先天免疫的激酶,被募集到线粒体并增强线粒体自噬。独立于 PINK1,已经描述了几种线粒体货物受体,包括 BNIP3、BNIP3L/Nix、FUNDC1、BCL2L13 和 FKBP8。缺氧诱导的线粒体自噬涉及 BNIP3、BNIP3L/Nix 和 FUNCD1。BNIP3 和 BNIP3L/Nix 均由 HIF1α 转录诱导,并包含用于募集到自噬体的 LIR 结构域。BNIP3L/Nix 在线粒体耗尽的网织红细胞发育过程中也很重要。FUNDC1 是另一种对缺氧诱导的线粒体自噬很重要的货物受体,受自噬激酶 ULK1 调节。这些和其他货物受体的相互作用越来越引起人们的兴趣。

 

过度或不足的线粒体自噬已被描述为导致许多病理状况的因素,包括神经变性、代谢紊乱、肌肉萎缩症、肝脏疾病、心血管疾病和癌症。线粒体自噬缺陷会导致受损线粒体的积累,进而导致活性氧 (ROS) 的积累和细胞死亡。也许最明显的例子是在早发性帕金森病中发现的 PINK1PARK2(编码 Parkin)的基因突变。这些遗传事件暗示这种疾病中线粒体自噬的丧失和功能失调的线粒体的积累。

 

类似地,OPTN(编码 Optineurin)、SQSTM1TBK1 中的突变已在其他神经退行性疾病中被发现,包括 肌萎缩 侧索硬化症(ALS)。在与细胞死亡相关的其他疾病中也发现了由于线粒体自噬不足而导致线粒体功能障碍的积累,尽管在许多情况下线粒体自噬的直接作用尚不清楚。为了帮助进一步阐明线粒体自噬在健康和疾病中的作用,已经开发了许多工具来研究这一过程。Mt-Keima 和 Mito-QC 是 pH 敏感的线粒体荧光探针,用于监测线粒体自噬,已用于 in vivo 模型,但对研究病理样本的效用有限。也可以使用免疫荧光染色来监测线粒体和自噬体上表达的蛋白质的共定位,但这些研究往往不是定量的。

 

受调控的线粒体自噬通路的发现为有价值的生物标志物发现和监测线粒体自噬的方法铺平了道路。特异性抗体可用于监测磷酸化 Optineurin 的变化以及 PINK1 及其底物(如泛素)的变化。为检测 磷酸泛素 (Ser65) 而开发的 ELISA 测定法已被证明具有敏感性和特异性,并且能够测量神经退行性疾病(包括帕金森病和阿尔茨海默病)中发现的线粒体自噬变化。这些测定甚至可能证明足够灵敏,可以观察血浆样品中的线粒体自噬差异。

 

CST 开发了经过充分验证的抗体和试剂盒,旨在满足线粒体自噬研究人员的需求并推动治疗发展。

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