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国自然专家 | 一分钟了解线粒体自噬作为所有真核细胞的能量中枢,线粒体功能正常是维持细胞稳态的关键。一旦细胞和组织中ROS(活性氧)过度积累,则会导致线粒体损伤,引发线粒体DNA受损、膜电位改变、氧化蛋白活性改变,最终破坏细胞代谢稳态并导致细胞死亡。因此为了维持稳态平衡,细胞进化出了一种有效的线粒体质量控制手段—线粒体自噬(Mitophagy)。 一、什么是线粒体自噬? 在活性氧(ROS)胁迫、营养缺乏、细胞衰老等外界刺激的作用下,会导致线粒体DNA(mtDNA)突变逐渐累积,还会使细胞内线粒体膜电位降低和去极化损伤。为了维持线粒体和细胞稳态,防止受损线粒体损伤细胞,损伤的线粒体被特异性包裹进自噬体中并与溶酶体融合,从而完成溶酶体的降解,这个过程称为线粒体自噬(mitophagy)。简言之,线粒体自噬是一种通过特异性清除细胞质中功能失调的线粒体,从而维持线粒体功能的完整性和细胞稳态的选择性自噬。 (DOI: 10.7150/thno.79876) 根据线粒体自噬过程的特征, 可将其分为4个关键步骤: 0 1 前期线粒体受损后发生通透性转变,导致线粒体去极化,失去膜电位,诱导线粒体自噬相关蛋白活化; 0 2 早期自噬体包裹受损线粒体,形成线粒体自噬体; 0 3 中期线粒体自噬体与溶酶体融合后形成成熟的线粒体自噬溶酶体; 04 溶酶体酸性水解酶流入自噬体降解线粒体,营养物质得以循环再利用。 二、线粒体自噬的分子机制 A、泛素依赖途径(Ubiquitin-dependent pathways) 泛素依赖途径的关键蛋白是PINK1和Parkin,因此也被称为PINK1–Parkin介导的线粒体自噬途径(PINK1–Parkin mediated mitophagy)。PINK1是一种位于去极化线粒体上的丝氨酸/苏氨酸激酶,而Parkin是一种E3泛素连接酶,可催化泛素转移到线粒体底物。
B、非泛素依赖途径(Ub-independent pathways) 非泛素依赖的线粒体自噬是由线粒体自噬受体(Mitophagy Receptors)来主导,这与泛素依赖途径之间存在明显差异。
三、下面给大家分享一下线粒体自噬相关蛋白的检测方法 1、PINK1 PINK1由581aa组成,分子量约为63kDa。前面也讲到在稳态条件下线粒体上的PINK1会被切割水解,根据切割位点不同,会产生~52kDa或~48kDa截短形式。因此在正常生理条件下,PINK1全长形式存在较少。 PINK1蛋白的结构及剪接机制 在自噬诱导条件(CCCP处理)下,PINK1不能易位到线粒体内膜,阻断了蛋白切割过程。PINK1与线粒体外膜复合物(TOM)相互作用并稳定在线粒体外膜上。FL-PINK1在线粒体膜上积累,在WB实验中可看到条带增强。 PINK1蛋白的WB检测 注:CCCP是一种强效的线粒体氧化磷酸化解偶联剂,促使线粒体内膜对H+产生通透性,导致线粒体内膜两侧的膜电位丧失,诱导线粒体自噬。 2、BNIP3L/NIX和BNIP3 BNIP3L首先被发现为一种促凋亡的BCL2家族蛋白,可诱导细胞凋亡或坏死;不过最近的研究发现,BNIP3L可通过自噬促进网织红细胞的线粒体消除。 BNIP3的免疫荧光检测 |