嗜熱四膜蟲自噬相關蛋白Atg5在核程序性降解中的功能分析
發(fā)布時間：2021-07-30 11:05
在真核生物中自噬是一種高度保守的分解代謝過程,通過溶酶體與自噬體相融合從而降解多余的細胞成分或有害物質,用以維持細胞生理穩(wěn)態(tài)和響應饑餓或其他惡劣環(huán)境。自噬可以分為非選擇性和選擇性自噬,選擇性自噬根據其降解底物的不同又可以分為線粒體自噬、內質網自噬和細胞核自噬等。嗜熱四膜蟲有性生殖時期親本大核的程序性死亡（programmed nuclear death,PND）是一種獨特的細胞核自噬類型,多種自噬相關蛋白參與調控PND過程。本研究從嗜熱四膜蟲中鑒定了ATG5自噬相關基因,對ATG5基因在PND過程中的功能進行了分析。主要結果如下:1.自噬相關基因ATG5生物信息學分析:基于人和釀酒酵母Atg5氨基酸序列,在嗜熱四膜蟲基因組數據庫（http://www.ciliate.org）中進行同源序列比對發(fā)現基因TTHERM00494030與人和酵母的Atg5蛋白同源,都具有APG5保守結構域。因此,預測TTHERM00494030基因為四膜蟲自噬相關基因ATG5。系統(tǒng)發(fā)育分析表明,嗜熱四膜蟲Atg5蛋白與原生動物草履蟲中Atg5蛋白的進化地位相近。對嗜...
【文章來源】：山西大學山西省
【文章頁數】：69 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
自噬研究歷史進程表[6]
第一章文獻綜述3圖1.2選擇性自噬的類型[24]細胞核自噬于2003年在酵母中首次被報道。細胞核自噬是一種重要的選擇性自噬，與先天性紅細胞再生障礙性貧血（Diamond-Blackfananemia）[25]以及癌癥等多種疾病相關[26]。細胞核自噬主要可以分為4類：微核自噬（micronucleophagy）[27]、巨核自噬（macronucleophagy）、巨核巨自噬（giganticnuclearmacroautophagy）和非常規(guī)核自噬（unconventionalnucleophagy）[28]（圖1.3）。核自噬發(fā)生在不同的真核生物中并且進化中具有一定的保守性。在酵母中，存在2種類型的核自噬，一種是核與液泡連接促進小塊核隔離，隨后核碎片降解的的微自噬（piecemealmicroautophagyofthenucleus，PMN)。第二種是Atg39介導的選擇性巨自噬降解酵母中的部分核，Atg39與Atg8結合形成自噬體膜，將部分核封閉在自噬體內從而完成降解。哺乳動物中也有兩種類型的核自噬，一種是巨噬細胞吞噬，核自噬體的產生過程可能類似于利用核膜的胞吐過程。另一種是微核自噬，包含受損染色體片段的微核核外小體生成，可與溶酶體融合并通過自噬降解。真菌細胞存在非常規(guī)核自噬，整個細胞核通過環(huán)狀自噬前體包圍吸收到液泡中完成降解。四膜蟲具有的獨特的程序性核降解是一種巨核巨自噬。PND中親本大核核膜發(fā)生改變，與溶酶體相互作用，并將其內含物釋放到細胞核中最終降解[29-31]。這些核自噬類型中除鑒定出ATG8基因外，還在真菌，酵母，四膜蟲和哺乳動物中還鑒定出了其他一些與核自噬相關的基因。但四膜蟲PND機制與酵母、哺乳動物自噬機制不同的是，并未觀察到前自噬體結構（pre-autophagosomalstructure，PAS)包裹親本大核的過程[32]。
嗜熱四膜蟲自噬相關蛋白Atg5在核程序性降解中的功能分析4圖1.3細胞核選擇性自噬的類型[28]1.4自噬的分子調控機制在釀酒酵母（Saccharomycescerevisiae）中已經篩選鑒定出了超過40種自噬相關基因（autophagy-relatedgene，ATG），這些基因在真核生物中高度保守，并且嚴格控制自噬這一生理過程的發(fā)生，其中自噬體的形成是自噬起始的關鍵，依賴兩個泛素樣結合系統(tǒng)，分別是Atg8結合系統(tǒng)和Atg12-Atg5共軛系統(tǒng)，其中有超過8種Atg蛋白參與這兩個系統(tǒng)[33,34]。在Atg8結合系統(tǒng)中，Atg8被半胱氨酸蛋白酶Atg4切割暴露甘氨酸殘基形成Atg8-I[35]，Atg8-I被Atg7、Atg3和Atg12-Atg5-Atg16復合物調控[36],結合磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine，PE)形成Atg8-PE[37,38]。Atg8–PE促進自噬體膜的延伸以及所要降解內容物的特異性識別[39]。最終，位于自噬體膜外的Atg8-PE可以被Atg4解離下來得以重新循環(huán)利用，內膜上的Atg8則會在自噬溶酶體內被降解[40-42]。在第二個泛素樣結合系統(tǒng)中，在E1樣酶Atg7和E2樣酶Atg10的調控下蛋白Atg12與Atg5共價結合。Atg12-Atg5復合物接著與Atg16非共價結合形成一個大的多聚體蛋白復合物（~800kDa），這一復合物作為自噬體的支架，招募自噬體延伸所需要的分子組分參與自噬體膜的擴增。此外，Atg5-Atg12-Atg16復合物促進Atg7和Atg3蛋白的招募和活化，從而在Atg8脂化過程中起E3樣酶的作用[43]（圖1.4）。當自噬體形成后，Atg5-Atg12-Atg16復合物通過與位于溶酶體膜上TECPR1蛋白相互作用調節(jié)自噬體-溶酶體融合[44]。在酵母和哺乳動物中研究發(fā)現失活Atg5-Atg12-Atg16復合物比抑制Atg8-PE的結合更能損傷自噬體的形成[45-47]。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]自噬相關蛋白Atg4.1過表達促進嗜熱四膜蟲親本大核程序化降解[J]. 鄭文萍,薄濤,劉亞,許靜,王偉. 中國細胞生物學學報. 2019(05)
[2]細胞自噬進程的分子信號通路研究進展[J]. 張升,吳友蘋,顧利強,楊林,由振強,辛艷飛. 生命的化學. 2018(02)
[3]日本血吸蟲WD40信號蛋白的原核表達[J]. 羅榮,周春景,石耀軍,趙江平,程國鋒. 中國動物傳染病學報. 2012(03)
本文編號：3311286
【文章來源】：山西大學山西省
【文章頁數】：69 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
自噬研究歷史進程表[6]
第一章文獻綜述3圖1.2選擇性自噬的類型[24]細胞核自噬于2003年在酵母中首次被報道。細胞核自噬是一種重要的選擇性自噬，與先天性紅細胞再生障礙性貧血（Diamond-Blackfananemia）[25]以及癌癥等多種疾病相關[26]。細胞核自噬主要可以分為4類：微核自噬（micronucleophagy）[27]、巨核自噬（macronucleophagy）、巨核巨自噬（giganticnuclearmacroautophagy）和非常規(guī)核自噬（unconventionalnucleophagy）[28]（圖1.3）。核自噬發(fā)生在不同的真核生物中并且進化中具有一定的保守性。在酵母中，存在2種類型的核自噬，一種是核與液泡連接促進小塊核隔離，隨后核碎片降解的的微自噬（piecemealmicroautophagyofthenucleus，PMN)。第二種是Atg39介導的選擇性巨自噬降解酵母中的部分核，Atg39與Atg8結合形成自噬體膜，將部分核封閉在自噬體內從而完成降解。哺乳動物中也有兩種類型的核自噬，一種是巨噬細胞吞噬，核自噬體的產生過程可能類似于利用核膜的胞吐過程。另一種是微核自噬，包含受損染色體片段的微核核外小體生成，可與溶酶體融合并通過自噬降解。真菌細胞存在非常規(guī)核自噬，整個細胞核通過環(huán)狀自噬前體包圍吸收到液泡中完成降解。四膜蟲具有的獨特的程序性核降解是一種巨核巨自噬。PND中親本大核核膜發(fā)生改變，與溶酶體相互作用，并將其內含物釋放到細胞核中最終降解[29-31]。這些核自噬類型中除鑒定出ATG8基因外，還在真菌，酵母，四膜蟲和哺乳動物中還鑒定出了其他一些與核自噬相關的基因。但四膜蟲PND機制與酵母、哺乳動物自噬機制不同的是，并未觀察到前自噬體結構（pre-autophagosomalstructure，PAS)包裹親本大核的過程[32]。
嗜熱四膜蟲自噬相關蛋白Atg5在核程序性降解中的功能分析4圖1.3細胞核選擇性自噬的類型[28]1.4自噬的分子調控機制在釀酒酵母（Saccharomycescerevisiae）中已經篩選鑒定出了超過40種自噬相關基因（autophagy-relatedgene，ATG），這些基因在真核生物中高度保守，并且嚴格控制自噬這一生理過程的發(fā)生，其中自噬體的形成是自噬起始的關鍵，依賴兩個泛素樣結合系統(tǒng)，分別是Atg8結合系統(tǒng)和Atg12-Atg5共軛系統(tǒng)，其中有超過8種Atg蛋白參與這兩個系統(tǒng)[33,34]。在Atg8結合系統(tǒng)中，Atg8被半胱氨酸蛋白酶Atg4切割暴露甘氨酸殘基形成Atg8-I[35]，Atg8-I被Atg7、Atg3和Atg12-Atg5-Atg16復合物調控[36],結合磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine，PE)形成Atg8-PE[37,38]。Atg8–PE促進自噬體膜的延伸以及所要降解內容物的特異性識別[39]。最終，位于自噬體膜外的Atg8-PE可以被Atg4解離下來得以重新循環(huán)利用，內膜上的Atg8則會在自噬溶酶體內被降解[40-42]。在第二個泛素樣結合系統(tǒng)中，在E1樣酶Atg7和E2樣酶Atg10的調控下蛋白Atg12與Atg5共價結合。Atg12-Atg5復合物接著與Atg16非共價結合形成一個大的多聚體蛋白復合物（~800kDa），這一復合物作為自噬體的支架，招募自噬體延伸所需要的分子組分參與自噬體膜的擴增。此外，Atg5-Atg12-Atg16復合物促進Atg7和Atg3蛋白的招募和活化，從而在Atg8脂化過程中起E3樣酶的作用[43]（圖1.4）。當自噬體形成后，Atg5-Atg12-Atg16復合物通過與位于溶酶體膜上TECPR1蛋白相互作用調節(jié)自噬體-溶酶體融合[44]。在酵母和哺乳動物中研究發(fā)現失活Atg5-Atg12-Atg16復合物比抑制Atg8-PE的結合更能損傷自噬體的形成[45-47]。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]自噬相關蛋白Atg4.1過表達促進嗜熱四膜蟲親本大核程序化降解[J]. 鄭文萍,薄濤,劉亞,許靜,王偉. 中國細胞生物學學報. 2019(05)
[2]細胞自噬進程的分子信號通路研究進展[J]. 張升,吳友蘋,顧利強,楊林,由振強,辛艷飛. 生命的化學. 2018(02)
[3]日本血吸蟲WD40信號蛋白的原核表達[J]. 羅榮,周春景,石耀軍,趙江平,程國鋒. 中國動物傳染病學報. 2012(03)
本文編號：3311286
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