АТГ8
| белок 8, связанный с аутофагией | |||
|---|---|---|---|
 Кристаллическая структура легкой цепи 3 белка, ассоциированного с микротрубочками, гомолога Saccharomyces cerevisiae Atg8 млекопитающих. [ 1 ] | |||
| Идентификаторы | |||
| Организм | |||
| Символ | Atg8 | ||
| Альт. символы | Apg8, Авт7, Cvt5 | ||
| Входить | 852200 | ||
| RefSeq (мРНК) | НМ_001178318 | ||
| RefSeq (защита) | НП_009475 | ||
| ЮниПрот | P38182 | ||
| Другие данные | |||
| хромосома | VII: 0,16 – 0,16 Мб | ||
| |||
Белок 8, связанный с аутофагией ( Atg8 ), представляет собой убиквитиноподобный белок, необходимый для образования аутофагосомных мембран. Временная конъюгация Atg8 с аутофагосомной мембраной через убиквитин -подобную систему конъюгации важна для аутофагии у эукариот . Несмотря на то, что у животных существуют гомологи (см., например, GABARAP , GABARAPL1 , GABARAPL2 , MAP1LC3A , MAP1LC3B , MAP1LC3B2 и MAP1LC3C ), в этой статье основное внимание уделяется его роли у низших эукариот, таких как Saccharomyces cerevisiae .
Структура
[ редактировать ]Atg8 представляет собой мономер из 117 аминокислот и молекулярной массой 13,6 кДа. Он состоит из 5-нитевого β-листа, который окружен двумя α-спиралями с одной стороны и одной α-спиралью с другой стороны и имеет консервативный домен GABARAP . [ 2 ] Несмотря на то, что Atg8 не демонстрирует четкой гомологичности последовательности с убиквитином , его кристаллическая структура обнаруживает консервативную убиквитиноподобную складку. [ 3 ] [ 4 ]
Функция
[ редактировать ]В аутофагии
[ редактировать ]Atg8 является одним из ключевых молекулярных компонентов, участвующих в аутофагии , клеточном процессе, опосредующем лизосомно - вакуоль -зависимый оборот макромолекул и органелл. [ 5 ] Аутофагия индуцируется при истощении питательных веществ или лечении рапамицином и приводит к реакции более чем 30 известных на сегодняшний день генов, связанных с аутофагией (ATG), включая ATG8. Как именно регулируются белки ATG, все еще изучается, но ясно, что все сигналы, сообщающие о доступности источников углерода и азота, сходятся на сигнальном пути TOR и что белки ATG являются нижестоящими эффекторами этого пути. [ 6 ] Если запасов питательных веществ достаточно, сигнальный путь TOR гиперфосфорилирует определенные белки Atg, тем самым ингибируя образование аутофагосом. После голодания аутофагия индуцируется за счет активации белков Atg как на уровне модификации белка, так и на уровне транскрипции.
Atg8 особенно важен для макроаутофагии , которая является одним из трех различных типов аутофагии, характеризующихся образованием везикул, заключенных в двойную мембрану , которые изолируют части цитозоля , так называемых аутофагосом. Внешняя мембрана этих аутофагосом впоследствии сливается с лизосомой/вакуолью, образуя промежуточную мембрану (аутофагическое тельце), предназначенную для деградации . [ 5 ] Во время этого процесса Atg8 особенно важен для созревания аутофагосом (липидирования). [ 7 ]
Как и большинство белков Atg, Atg8 локализуется в цитоплазме и PAS в условиях, богатых питательными веществами, но становится ассоциированным с мембраной в случае индукции аутофагии. Затем он локализуется в месте зарождения аутофагосом, в месте сборки фагофора (PAS). [ 2 ] Для нуклеации фагофора необходимо накопление набора белков Atg и комплексов фосфоинозитид-3-киназы класса III на PAS. Полагают, что последующее рекрутирование Atg8 и других белков, связанных с аутофагией, запускает расширение везикул согласованным образом, по-видимому, обеспечивая движущую силу для искривления мембраны. [ 8 ] Временная конъюгация Atg8 с мембранным липидным фосфатидилэтаноламином необходима для расширения фагофора, поскольку его мутация приводит к дефектам образования аутофагосом. [ 9 ] Он распределен симметрично по обе стороны аутофагосомы и предполагается, что существует количественная корреляция между количеством Atg8 и размером пузырька. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]
После завершения расширения пузырька аутофагосома готова к слиянию с лизосомой , и Atg8 может либо высвободиться из мембраны для переработки (см. Ниже), либо разложиться в аутолизосоме, если его оставить нерасщепленным.
ATG8 также необходим для другого процесса, связанного с аутофагией, называемого путем нацеливания цитоплазмы в вакуоли (Cvt). [ 14 ] Этот специфичный для дрожжей процесс действует конститутивно в условиях, богатых питательными веществами, и избирательно переносит гидролазы, такие как аминопептидаза I, в вакуоль дрожжей. Путь Cvt также требует локализации Atg8 в PAS для образования везикул Cvt, которые затем сливаются с вакуолью для доставки гидролаз, необходимых для деградации.
Посттрансляционная модификация и регуляторный цикл
[ редактировать ]Atg8 существует в цитоплазматической и мембраносвязанной форме. [ 15 ] Мембранная ассоциация достигается путем связывания Atg8 с фосфатидилэтаноламином (PE), который является липидным компонентом плазматических мембран. Этот процесс посттрансляционной модификации, называемый липидацией, осуществляется системой конъюгации Atg8, включающей цистеиновую протеазу ATG4 (принадлежащую к семейству каспаз), а также белки ATG7 , ATG3 и комплекс ATG5 - ATG12 . [ 16 ]
Система конъюгации Atg8 работает аналогично системе убиквитинирования . Однако именно Atg8 представляет собой убиквитиноподобный белок (Ubl), переносимый на PE, в то время как ATG7 функционирует как фермент E1, ATG3 — как фермент E2, а комплекс ATG12-ATG5 — как лигаза E3 .
Процесс липидирования инициируется ATG4-зависимым посттрансляционным расщеплением последнего С-концевого аминокислотного остатка Atg8. После расщепления Atg8 обнажает C-концевой остаток глицина (Gly 116), с которым затем можно соединить PE на следующих этапах. На первом этапе остаток Gly116 Atg8 связывается с остатком цистеина ATG7 через тиоэфирную связь АТФ-зависимым образом. На втором этапе Atg8 переносится на Atg3 с использованием тиоэфирной связи того же типа. Наконец, Atg8 отделяется от Atg3 и соединяется с головной аминогруппой PE через амидную связь. Было обнаружено, что этот последний этап облегчается и стимулируется комплексом ATG5 - ATG12 . [ 17 ]
Оба белка, Atg5 и Atg12, первоначально были идентифицированы как часть другой системы конъюгации Ubl, которая способствует конъюгации ATG12 с ATG5 через ATG7 и Atg10. Это означает, что система конъюгации ATG12 и Atg8 на самом деле взаимозависимы.
Гомологи млекопитающих
[ редактировать ]У высших эукариот Atg8 не кодируется одним геном, как у дрожжей, а происходит из мультигенного семейства. Четыре его гомолога уже идентифицированы в клетках млекопитающих.
Одним из них является LC3 ( MAP1LC3A ), легкая цепь белка 1, ассоциированного с микротрубочками. [ 18 ] Как и Atg8, LC3 необходимо протеолитически расщепить и липидировать, чтобы превратить в активную форму, которая может локализоваться на аутофагосомной мембране. Подобно ситуации с дрожжами, процесс активации LC3 запускается при истощении питательных веществ, а также в ответ на гормоны. [ 11 ]
Изоформы LC3 млекопитающих содержат консервативный Ser/Thr12, который фосфорилируется протеинкиназой А для подавления участия в аутофагии/митофагии. [ 19 ]
Другими гомологами являются транспортный фактор GATE-16 (энхансер АТФазы, ассоциированный с аппаратом Гольджи, массой 16 кДа). [ 20 ] который играет важную роль в везикулярном транспорте внутри Гольджи, стимулируя активность АТФазы NSF ( N -этилмалеимид-чувствительный фактор) и взаимодействуя с Golgi v-SNARE GOS-28 и GABARAP (белок, ассоциированный с рецептором гамма-аминомасляной кислоты типа A) [ 21 ] [ 22 ] что способствует кластеризации рецепторов ГАМКА в сочетании с микротрубочками.
Для всех трех белков характерны процессы протеолитической активации, в результате которых они липидируются и локализуются на плазматической мембране. Однако мембранная ассоциация GATE-16 и GABARAP, по-видимому, возможна даже для нелипидированных форм. Помимо LC3, GABARAP и GATE-16, самым последним, но менее хорошо охарактеризованным гомологом млекопитающих является ATGL8. Мало что известно о его фактическом процессе активации, за исключением его взаимодействия с одним из гомологов ATG4 млекопитающих, hATG4A . [ 23 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ ВВП : 1UGM ; Сугавара К., Сузуки Н.Н., Фудзиока Ю., Мизушима Н., Осуми Ю., Инагаки Ф. (июль 2004 г.). «Кристаллическая структура легкой цепи 3 белка, ассоциированного с микротрубочками, гомолога Saccharomyces cerevisiae Atg8 млекопитающих» . Гены в клетки . 9 (7): 611–8. дои : 10.1111/j.1356-9597.2004.00750.x . ПМИД 15265004 .
- ^ Перейти обратно: а б Гэн Дж, Клионский диджей (сентябрь 2008 г.). «Убиквитиноподобные системы конъюгации Atg8 и Atg12 в макроаутофагии. «Модификации белка: за пределами серии обзоров обычных подозреваемых» . Отчеты ЭМБО . 9 (9): 859–64. дои : 10.1038/embor.2008.163 . ПМЦ 2529362 . ПМИД 18704115 .
- ^ Сугавара К., Сузуки Н.Н., Фудзиока Ю., Мизушима Н., Осуми Ю., Инагаки Ф. (июль 2004 г.). «Кристаллическая структура легкой цепи 3 белка, ассоциированного с микротрубочками, гомолога Saccharomyces cerevisiae Atg8 млекопитающих» . Гены в клетки . 9 (7): 611–8. дои : 10.1111/j.1356-9597.2004.00750.x . ПМИД 15265004 .
- ^ Сузуки Н.Н., Ёсимото К., Фудзиока Ю., Осуми Ю., Инагаки Ф. (июль 2005 г.). «Кристаллическая структура растения ATG12 и ее биологическое значение в аутофагии» . Аутофагия . 1 (2): 119–26. дои : 10.4161/auto.1.2.1859 . ПМИД 16874047 .
- ^ Перейти обратно: а б Осуми Ю (март 2001 г.). «Молекулярное рассечение аутофагии: две убиквитиноподобные системы». Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 2 (3): 211–6. дои : 10.1038/35056522 . ПМИД 11265251 . S2CID 38001477 .
- ^ Камада Ю., Секито Т., Осуми Ю. (2004). «Аутофагия у дрожжей: ATOR-опосредованный ответ на питательное голодание». ТОР . Актуальные темы микробиологии и иммунологии. Том. 279. стр. 73–84. дои : 10.1007/978-3-642-18930-2_5 . ISBN 978-3-540-00534-6 . ПМИД 14560952 .
- ^ Эскелинен Э.Л. (2008). «Новое понимание механизмов макроаутофагии в клетках млекопитающих». Международное обозрение клеточной и молекулярной биологии . 266 : 207–47. дои : 10.1016/S1937-6448(07)66005-5 . ISBN 978-0-12-374372-5 . ПМИД 18544495 .
- ^ Мизушима Н., Ямамото А., Хатано М., Кобаяши Ю., Кабея Ю., Судзуки К. и др. (февраль 2001 г.). «Вскрытие образования аутофагосом с использованием эмбриональных стволовых клеток мыши с дефицитом Apg5» . Журнал клеточной биологии . 152 (4): 657–68. дои : 10.1083/jcb.152.4.657 . ПМК 2195787 . ПМИД 11266458 .
- ^ Се Зи, Клионский диджей (октябрь 2007 г.). «Формирование аутофагосом: основной механизм и адаптации». Природная клеточная биология . 9 (10): 1102–9. дои : 10.1038/ncb1007-1102 . ПМИД 17909521 . S2CID 26402002 .
- ^ Хуанг В.П., Скотт С.В., Ким Дж., Клионски DJ (февраль 2000 г.). «Маршрут везикулярного компонента Aut7p/Cvt5p заканчивается в дрожжевой вакуоли через пути аутофагии/Cvt» . Журнал биологической химии . 275 (8): 5845–51. дои : 10.1074/jbc.275.8.5845 . ПМИД 10681575 .
- ^ Перейти обратно: а б Кабея Ю., Мизушима Н., Уэно Т., Ямамото А., Кирисако Т., Нода Т. и др. (ноябрь 2000 г.). «LC3, гомолог дрожжевого Apg8p млекопитающих, после обработки локализуется в мембранах аутофагосом» . Журнал ЭМБО . 19 (21): 5720–8. дои : 10.1093/emboj/19.21.5720 . ПМЦ 305793 . ПМИД 11060023 .
- ^ Кирисако Т., Баба М., Исихара Н., Миядзава К., Осуми М., Ёсимори Т. и др. (октябрь 1999 г.). «Процесс образования аутофагосомы прослеживается с помощью Apg8/Aut7p у дрожжей» . Журнал клеточной биологии . 147 (2): 435–46. дои : 10.1083/jcb.147.2.435 . ПМК 2174223 . ПМИД 10525546 .
- ^ Се Зи, Наир Ю, Клионский диджей (август 2008 г.). «Atg8 контролирует расширение фагофоров во время образования аутофагосом» . Молекулярная биология клетки . 19 (8): 3290–8. дои : 10.1091/mbc.E07-12-1292 . ПМК 2488302 . ПМИД 18508918 .
- ^ Ким Дж, Клионский диджей (2000). «Аутофагия, путь нацеливания цитоплазмы в вакуоль и пексофагия в клетках дрожжей и млекопитающих». Ежегодный обзор биохимии . 69 : 303–42. doi : 10.1146/annurev.biochem.69.1.303 . ПМИД 10966461 .
- ^ Кирисако Т., Ичимура Ю., Окада Х., Кабея Ю., Мидзушима Н., Ёсимори Т. и др. (октябрь 2000 г.). «Обратимая модификация регулирует мембраносвязывающее состояние Apg8/Aut7, необходимое для аутофагии и пути нацеливания цитоплазмы на вакуоли» . Журнал клеточной биологии . 151 (2): 263–76. дои : 10.1083/jcb.151.2.263 . ПМК 2192639 . ПМИД 11038174 .
- ^ Ичимура Ю., Кирисако Т., Такао Т., Сатоми Ю., Шимониси Ю., Исихара Н. и др. (ноябрь 2000 г.). «Убиквитиноподобная система опосредует липидирование белков». Природа . 408 (6811): 488–92. Бибкод : 2000Natur.408..488I . дои : 10.1038/35044114 . ПМИД 11100732 . S2CID 4428142 .
- ^ Гэн Дж, Клионский диджей (сентябрь 2008 г.). «Убиквитиноподобные системы конъюгации Atg8 и Atg12 в макроаутофагии. «Модификации белка: за пределами серии обзоров обычных подозреваемых» . Отчеты ЭМБО . 9 (9): 859–64. дои : 10.1038/embor.2008.163 . ПМЦ 2529362 . ПМИД 18704115 .
- ^ Танида И., Уэно Т., Коминами Э. (декабрь 2004 г.). «Система конъюгации LC3 при аутофагии млекопитающих» . Международный журнал биохимии и клеточной биологии . 36 (12): 2503–18. doi : 10.1016/j.biocel.2004.05.009 . ПМЦ 7129593 . ПМИД 15325588 .
- ^ Черра С.Дж., Кулич С.М., Уечи Г., Баласубрамани М., Маунтцурис Дж., Дэй Б.В., Чу К.Т. (август 2010 г.). «Регуляция белка аутофагии LC3 путем фосфорилирования» . Журнал клеточной биологии . 190 (4): 533–9. дои : 10.1083/jcb.201002108 . ПМК 2928022 . ПМИД 20713600 .
- ^ Сагив Ю., Легессе-Миллер А., Порат А., Элазар З. (апрель 2000 г.). «GATE-16, модулятор мембранного транспорта, взаимодействует с NSF и Golgi v-SNARE GOS-28» . Журнал ЭМБО . 19 (7): 1494–504. дои : 10.1093/emboj/19.7.1494 . ПМК 310219 . ПМИД 10747018 .
- ^ Чен З.В., Чанг К.С., Лейл Т.А., Олсен Р.В. (июнь 2007 г.). «Модификация С-конца необходима для GABARAP-опосредованного трафика рецепторов ГАМК (А)» . Журнал неврологии . 27 (25): 6655–63. doi : 10.1523/JNEUROSCI.0919-07.2007 . ПМЦ 6672693 . ПМИД 17581952 .
- ^ Ван Х, Бедфорд ФК, Брэндон Нью-Джерси, Мосс С.Дж., Олсен Р.В. (январь 1999 г.). «Белок, ассоциированный с рецептором ГАМК (А), связывает рецепторы ГАМК (А) и цитоскелет». Природа . 397 (6714): 69–72. дои : 10.1038/16264 . ПМИД 9892355 . S2CID 204990449 .
- ^ Танида И., Соу Ю.С., Минемацу-Икегути Н., Уэно Т., Коминами Э. (июнь 2006 г.). «Atg8L/Apg8L является четвертым модификатором конъюгации Atg8 млекопитающих, опосредованной человеческими Atg4B, Atg7 и Atg3» . Журнал ФЭБС . 273 (11): 2553–62. дои : 10.1111/j.1742-4658.2006.05260.x . ПМИД 16704426 .