Митохондриальный ответ белка с разворачиванием
Митохондриальный ответ белков ( UPR (UPR гору ) является клеточной реакцией на стресс, связанной с митохондриями . UPR гору Результаты развернутых или неправильно свернутых белков в митохондриях за пределами способности белков шаперона справляться с ними. [ 1 ] UPR гору может возникнуть либо в митохондриальной матрице , либо во внутренней мембране митохондриального . [ 1 ] В UPR гору Митохондрион будет либо активировать белки шаперона, либо вызвать протеазы на разложение белков, которые не могут правильно складываться. [ 1 ] UPR гору Вызывает сиртуин Sirt3 активировать антиоксидантные ферменты и митофагию . [ 2 ]
Митохондриальная сеть транспорта электронов , которые продлевают продолжительность жизни Caenorhabditis elegans ( нематодные черви), также активируют UPR гору . [ 3 ] Активация UPR гору В нематодных червях было показано, что увеличение NAD+ за счет добавления никотинамидом или никотинамидным рибозидом продлевает продолжительность жизни. [ 4 ] глиальные и зародышевые митохондрии играют значительную роль в передаче сигналов и регуляции UPR Было обнаружено, что гору [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] Было показано, что также было показано, что добавка никотинамидного рибозида у мышей у мышей активирует UPR гору . [ 8 ]
Клеточные развернутые белковые ответы
[ редактировать ]Большинство клеточных белков транслируются и свернуты в цитозоле с помощью молекулярных шаперонов. Так же, как белки должны быть сложены для функционирования в цитозоле, белки в органеллах, таких как эндоплазматический ретикулум (ER) и митохондрии, также должны быть сложены для функционирования. Следовательно, существуют специфические клеточные механизмы, которые направлены на обнаружение клеточного стресса (вызывая неправильно свернутые/развернутые белки для накопления), преобразовать сигнал в ядро и опосредовать восстановление гомеостаза белка ( протеостаз ). В цитозоле реакция теплового шока (HSR) управляет развернутыми белками через фактор теплового шока 1 (HSF1). HSF-1 является фактором транскрипции, который при увеличении развернутых цитозольных белков будет тримеризируется и войдет в ядро, чтобы повысить регуляцию экспрессии белков теплового шока (HSP), которые будут действовать как шапероны складывания белка . [ 9 ]
В таких органелле, как ER и митохондрии, ответ немного более сложный. Оба механизма UPR концептуально сходны в том смысле, что они активируются накоплением неправильно свернутых/ развернутых белков и индуцируют трансляционную активацию молекулярных шаперонов и протеаз для обработки белков и восстановления гомеостаза. [ 10 ] Несмотря на их имена, два пути обладают различными инициирующими стимулами и сигнальными механизмами, которые регулируют ответы. ER UPR индуцируется различными клеточными стрессорами, которые ингибируют складывание белка или выход ER. В пределах ER GRP78, каперона просвета ER, связан с мембранными белками ER. Когда разворачиваются белки, он диссоциирует от мембраны, чтобы помочь в складывании белка. GRP78 диссоциация запускает UPR ЯВЛЯЕТСЯ Это восстанавливает гомеостаз белка через три пути (IRE1, PERK и ATF6 ). [ 11 ] UPR ЯВЛЯЕТСЯ Восстанавливает протеостаз путем селективного ослабления трансляции белка, активируя белковые шапероны и разлагая избыточные неправильные белки посредством деградации белка, связанных с ER ( ERAD ). Длительная активация UPR ЯВЛЯЕТСЯ может привести к апоптозу . [ 9 ]
UPR гору Проходит через фактор транскрипции BZIP ATFS-1 (у C. elegans ; ATF5 у млекопитающих). AFTS-1 обычно импортируется в митохондрии, где он разлагается протеазой Lon. Митохондриальная дисфункция ингибирует этот процесс и позволяет ATFS-1 накапливаться в цитозоле и входить в ядро, где он может действовать как фактор транскрипции. Эти ответы восстанавливают протеостаз, активируя шапероны и протеазы, увеличивая детоксикацию реактивных форм кислорода (АФК) и увеличивая механизм импорта митохондрий. [ 12 ] [ 9 ]
Молекулярный
[ редактировать ]У млекопитающих, UPR гору в основном изучался с использованием трансфекции с усеченным дисфункциональным митохондриальным ферментом (OTCΔ), который не складывается правильно после транслокации в митохондриальную матрицу. [ 13 ] Используя этот подход, несколько компонентов UPR млекопитающего гору были идентифицированы, включая белок 60 теплового шока митохондриального шаперона 60 (HSP60), CLPP митохондриальной казеонолитической пептидазы, транскрипционного фактора CHOP и киназы C-Jun N-концевой киназы (JNK) и индуцированная интерфероном, двунецелена протеинкиназа (PKR). [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
Названный активирующий транскрипционный фактор, связанный со стрессом (ATFS-1), является одним из основных факторов транскрипции, необходимых для UPR гору Активация у червей. ATFS-1 имеет последовательность ядерной локализации, которая позволяет им импортировать в ядро, а также N-концевую последовательность митохондриальных нацеливаний (MTS), которая позволяет импортировать в митохондрии. [ 12 ] В здоровых клетках ATFS-1 преимущественно нацелен на митохондриальную матрицу, где он разлагается протеазой LON. MTS на ATFS-1 прогнозируется MitOfates [ 16 ] быть существенно слабее, чем большинство МТС, которые позволят ему быть чувствительными к тонкой митохондриальной дисфункции. [ 17 ] После митохондриального стресса, эффективность импорта ATFS-1 митохондриальная импорт снижается, что приводит к цитоплазматическому накоплению ATFS-1. Впоследствии ATFS-1 войдет в ядро через его сигнал ядерного транспорта. В ядре ATFS-1 имеет широкую регуляцию транскрипции, как это будет: ослабление экспрессии генов Oxphos как в ядре, так и в митохондриях, активируют шапероны и протеазы для восстановления протекателя митохондриального протекала, увеличения декисификации ROS и увеличения техники импорта митохондрий. [ 10 ] [ 12 ]
Отношение с раком
[ редактировать ]Недавние исследования привлекли UPR гору в трансформации клеток в раковые клетки. Исследователи определили оси SIRT3 UPR гору в качестве маркера для различения метастатического и неметастатического рака молочной железы. [ 18 ] Поскольку многие раковые заболевания демонстрируют метаболический сдвиг от окислительного фоспаризации, вызванного производством энергии в аэробной гликолизе, также известной как эффект Варбурга , исследователи предполагают, что раковые клетки полагаются на UPR гору поддерживать митохондриальную целостность. [ 19 ] Кроме того, многочисленные исследования показали, что ингибирование UPR гору , в частности, ATF5 , избирательно убивает раковые клетки человека и крысы, а не не раковые клетки. [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]
Взаимосвязь с воспалительным заболеванием кишечника
[ редактировать ]Воспалительные заболевания кишечника (болезнь Крона и язвенной колит) были связаны с митохондриальной дисфункцией в кишечном эпителии. [ 15 ] В мышиных моделях воспаления кишечника и у пациентов с ВЗК, признаки UPR гору -активация была продемонстрирована. [ 15 ] [ 22 ] В частности, митохондриальная дисфункция и UPR гору -Кактивация была связана с функцией кишечника и функции Paneth Cell (DYS-). [ 22 ] [ 23 ]
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный в Пеллегрино М.В., Наргунд А.М., Хейнс К.М. (февраль 2013 г.). «Сигнализация митохондриальной реакции белка» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - исследования молекулярных клеток . 1833 (2): 410–6. doi : 10.1016/j.bbamcr.2012.02.019 . PMC 3393825 . PMID 22445420 .
- ^ Папа Л., Жермен Д. (февраль 2014 г.). «SIRT3 регулирует митохондриальный ответ белка» . Молекулярная и клеточная биология . 34 (4): 699–710. doi : 10.1128/mcb.01337-13 . PMC 3911493 . PMID 24324009 .
- ^ Durieux J, Wolff S, Dillin A (январь 2011 г.). «Клеточная неавтономная природа электронного транспортного цепи, опосредованной цепью» . Клетка . 144 (1): 79–91. doi : 10.1016/j.cell.2010.12.016 . PMC 3753670 . PMID 21215371 .
- ^ Mouchiroud L, Houtkooper RH, Moullan N, Katsyuba E, Ryu D, Cantó C, et al. (Июль 2013). «Путь NAD (+)/sirtuin модулирует долговечность посредством активации передачи сигналов митохондриального UPR и Foxo» . Клетка . 154 (2): 430–41. doi : 10.1016/j.cell.2013.06.016 . PMC 3062502 . PMID 23870130 .
- ^ Бар-Зив, Раз; Датта, Найбедиа; Хруби, Адам; Сукарто, Эдвард; Авербух, Максим; Алькала, Афина; Хендерсон, Хоуп Р.; Дюрио, Дженни; Троннес, Сара У.; Ахмад, Кази; Болас, Теодор; Перес, Джоэл; Дичь, Джулиан Дж.; Вега, Мэтью; Гарсия, Гилберто (2023-10-13). «Митохондриальные сигналы, полученные из глиальных, влияют на нейрональный протеостаз и старение» . Наука достижения . 9 (41): eadi1411. Bibcode : 2023scia .... 9i1411b . doi : 10.1126/sciadv.adi1411 . ISSN 2375-2548 . PMC 10575585 . PMID 37831769 .
- ^ Шен, Конинг; Дюрио, Дженни; Мена, Сезар Г.; Вебстер, Брант М.; Кимберли Цуй, C.; Чжан, Хэнлин; Джо, Лоуренс; Берендзен, Кристен; Диллин, Эндрю (2023-08-22). Зародышевая линия координирует передачу сигналов митокинов (отчет). Генетика. doi : 10.1101/2023.08.21.554217 . PMC 10592821 . PMID 37873079 .
- ^ Callier, Viviane (2024-01-08). «Клетки по всему телу разговаривают друг с другом о старении» . Quanta Magazine .
- ^ Zhang H, Ryu D, Wu Y, Gariani K, Wang X, Luan P, et al. (Июнь 2016 г.). «Заполнение NAD⁺ улучшает функцию митохондриальных и стволовых клеток и усиливает продолжительность жизни у мышей» . Наука . 352 (6292): 1436–43. BIBCODE : 2016SCI ... 352.1436Z . doi : 10.1126/science.aaf2693 . PMID 27127236 .
- ^ Jump up to: а беременный в Jovaisaite V, Mouchiroud L, Auwerx J (январь 2014 г.). «Митохондриальный ответ белков, консервативный путь реакции на стресс с последствиями для здоровья и заболевания» . Журнал экспериментальной биологии . 217 (Pt 1): 137–43. doi : 10.1242/jeb.090738 . PMC 3867496 . PMID 24353213 .
- ^ Jump up to: а беременный Qureshi MA, Haynes CM, Pellegrino MW (август 2017 г.). «Митохондриальная реакция белка, передающая сигнализацию из электроэнергии» . Журнал биологической химии . 292 (33): 13500–13506. doi : 10.1074/jbc.r117.791061 . PMC 5566509 . PMID 28687630 .
- ^ Уолтер П., Рон Д (ноябрь 2011 г.). «Развернутый ответ белка: от стрессового пути к гомеостатической регуляции». Наука . 334 (6059): 1081–6. Bibcode : 2011sci ... 334.1081W . doi : 10.1126/science.1209038 . PMID 22116877 . S2CID 691563 .
- ^ Jump up to: а беременный в Shpilka T, Haynes CM (февраль 2018 г.). «Митохондриальный UPR: механизмы, физиологические функции и последствия для старения». Природные обзоры. Молекулярная клеточная биология . 19 (2): 109–120. doi : 10.1038/nrm.2017.110 . PMID 29165426 . S2CID 20063954 .
- ^ Jump up to: а беременный Aldridge JE, Horibe T, Hoogenraad NJ (сентябрь 2007 г.). «Открытие генов, активируемых митохондриальным реакцией белка (MTUPR) и родственными элементами промотора» . Plos один . 2 (9): E874. Bibcode : 2007ploso ... 2..874a . doi : 10.1371/journal.pone.0000874 . PMC 1964532 . PMID 17849004 .
- ^ Horibe T, Hoogenraad NJ (сентябрь 2007 г.). «Ген CHOP содержит элемент для положительной регуляции митохондриальной реакции белка» . Plos один . 2 (9): E835. Bibcode : 2007ploso ... 2..835h . doi : 10.1371/journal.pone.0000835 . PMC 1950685 . PMID 17848986 .
- ^ Jump up to: а беременный в Rath E, Berger E, Messlik A, Nunes T, Liu B, Kim SC, et al. (Сентябрь 2012 г.). «Индукция дцРНК-активированной протеинкиназы связывает митохондриальную реакцию белка на патогенез кишечного воспаления» . Кишечник 61 (9): 1269–1278. doi : 10.1136/gutjnl-2011-300767 . PMC 4514769 . PMID 21997551 .
- ^ Fukasawa Y, Tsuji J, Fu SC, Tomii K, Horton P, Imai K (апрель 2015 г.). «Митофат: улучшенное прогнозирование митохондриальных последовательностей нацеливания и их сайтов расщепления» . Молекулярная и клеточная протеомика . 14 (4): 1113–26. doi : 10.1074/mcp.m114.043083 . PMC 4390256 . PMID 25670805 .
- ^ Мелбер А, Хейнс К.М. (март 2018 г.). «Регуляция и выход МТ: стресс-реакция, опосредованная митохондриальной ядерной коммуникацией» . Клеточные исследования . 28 (3): 281–295. doi : 10.1038/cr.2018.16 . PMC 5835775 . PMID 29424373 .
- ^ Кенни Т.К., Манфреди Г., Жермен Д. (2017-07-26). «Митохондриальный ответ белков как некогенная зависимость для поддержки адаптации к стрессу во время трансформации при раке и за его пределами» . Границы в онкологии . 7 : 159. DOI : 10.3389/fonc.2017.00159 . PMC 5526845 . PMID 28798902 .
- ^ Jump up to: а беременный Дэн П., Хейнс К.М. (декабрь 2017 г.). «Митохондриальная дисфункция при раке: потенциальная роль ATF5 и митохондриального UPR» . Семинары по биологии рака . 47 : 43–49. doi : 10.1016/j.semcancer.2017.05.002 . PMC 5681445 . PMID 28499833 .
- ^ Hu M, Wang B, Qian D, Li L, Zhang L, Song X, Liu DX (октябрь 2012 г.). «Вмешательство в функцию ATF5 повышает чувствительность клеток рака поджелудочной железы человека к апоптозу, вызванному паклитакселом». Противоопухолевые исследования . 32 (10): 4385–94. PMID 23060563 .
- ^ Angelastro JM, Canoll PD, Kuo J, Weicker M, Costa A, Bruce JN, Greene LA (февраль 2006 г.). «Селективное разрушение клеток глиобластомы путем вмешательства в активность или экспрессию ATF5» . Онкоген . 25 (6): 907–16. doi : 10.1038/sj.onc.1209116 . PMID 16170340 .
- ^ Jump up to: а беременный Khaloian S, Rath E, Hammoudi N, Gleisinger E, Blutke A, Giesbertz P, et al. (Февраль 2020 г.). «Митохондриальные нарушения приводят к переходу кишечных стволовых клеток в дисфункциональные клетки панета, предсказывающие рецидив болезни Крона» . Кишечник 69 (11): 1939–1951. doi : 10.1136/gutjnl-2019-319514 . PMC 7569388 . PMID 32111634 .
- ^ Бергер Е., Рат Э., Юань Д., Вальдшмитт Н., Халоян С., Аллжуэр М. и др. (Октябрь 2016). «Митохондриальная функция контролирует эпителиальную стволу кишечника и пролиферацию» . Природная связь . 7 (1): 13171. Bibcode : 2016natco ... 713171b . doi : 10.1038/ncomms13171 . PMC 5080445 . PMID 27786175 .