ATG8 - ATG8

белок, связанный с аутофагией 8
1 мкг био r 500.jpg
Кристаллическая структура ассоциированного с микротрубочками белка легкой цепи 3, гомолога Saccharomyces cerevisiae Atg8 млекопитающих.[1]
Идентификаторы
ОрганизмС. cerevisiae штамм S288c (пекарские дрожжи)
СимволAtg8
Альт. символыApg8, Aut7, Cvt5
Entrez852200
RefSeq (мРНК)NM_001178318
RefSeq (Prot)NP_009475
UniProtP38182
Прочие данные
ХромосомаVII: 0,16 - 0,16 Мб

Белок, связанный с аутофагией 8 (Atg8) это убиквитиноподобный белок необходим для образования мембран аутофагосом. Временное конъюгирование Atg8 с аутофагосомной мембраной через убиквитин -подобная система сопряжения необходима для аутофагия в эукариоты. Несмотря на то, что у животных есть гомологи (см., Например, ГАБАРАП, ГАБАРАПЛ1, ГАБАРАПЛ2, MAP1LC3A, MAP1LC3B, MAP1LC3B2, и MAP1LC3C ), в этой статье основное внимание уделяется его роли у низших эукариот, таких как Saccharomyces cerevisiae.

Структура

Atg8 - мономер 117 аминокислоты и молекулярная масса 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 демонстрирует консервативную ГАБАРАП домен.[2] Несмотря на то, что Atg8 не демонстрирует явной гомологии последовательности с убиквитин, его кристаллическая структура обнаруживает консервативную убиквитиноподобную складку.[3][4]

Функция

В аутофагии

Atg8 - один из ключевых молекулярных компонентов, участвующих в аутофагия, клеточный процесс, опосредующий лизосома /вакуоль -зависимый оборот макромолекул и органелл.[5] Аутофагия индуцируется при истощении запасов питательных веществ или лечении рапамицином и приводит к ответу более чем 30 известных на сегодняшний день генов, связанных с аутофагией (ATG), включая ATG8. Как именно регулируются белки ATG, все еще исследуется, но ясно, что все сигналы сообщения о доступности источников углерода и азота сходятся на пути передачи сигналов TOR и что белки ATG являются нижестоящими эффекторами этого пути.[6] В случае, если снабжения питательными веществами достаточно, сигнальный путь TOR гиперфосфорилирует определенные белки Atg, тем самым ингибируя образование аутофагосом. После голодания аутофагия индуцируется посредством активации белков Atg как на уровне модификации белка, так и на уровне транскрипции.

Atg8 особенно важен в макроавтофагия который является одним из трех различных типов аутофагии, характеризующихся образованием двухмембранных замкнутых пузырьки что изолирует части цитозоль, так называемые аутофагосомы. Наружная мембрана этих аутофагосом впоследствии сливается с лизосомой / вакуолью, высвобождая единую мембрану (аутофагическое тело), ​​предназначенную для деградация.[5] Во время этого процесса Atg8 особенно важен для созревания аутофагосом (липидирования).[7]

Как и большинство белков Atg, Atg8 локализуется в цитоплазме и в PAS в условиях, богатых питательными веществами, но становится ассоциированным с мембраной в случае индукции аутофагии. Затем он локализуется в месте зарождения аутофагосомы, сайте сборки фагофоров (PAS).[2] Зарождение фагофора требует накопления набора белков Atg и класса III. фосфоинозитид-3-киназа комплексы на ПАС. Последующее рекрутирование Atg8 и др. Связанных с аутофагией белков, как полагают, запускает расширение пузырьков согласованным образом, предположительно за счет обеспечения движущей силы для кривизны мембран.[8] Временное конъюгация Atg8 с липидом мембраны фосфатидилэтаноламин необходим для экспансии фагофоров, поскольку мутация приводит к дефектам образования аутофагосом.[9] Он распределяется симметрично по обе стороны от аутофагосомы, и предполагается, что существует количественная корреляция между количеством Atg8 и размером пузырьков.[10][11][12][13]

После завершения расширения везикул аутофагосома готова к слиянию с лизосома и Atg8 могут либо высвобождаться из мембраны для повторного использования (см. ниже), либо разлагаться в автолизосома если оставить неразрезанным.

ATG8 также требуется для другого процесса, связанного с аутофагией, который называется Нацеливание из цитоплазмы в вакуоль (Cvt) путь.[14] Этот специфичный для дрожжей процесс действует конститутивно в условиях, богатых питательными веществами, и селективно переносит гидролазы, такие как аминопептидаза I, в дрожжевую вакуоль. Путь Cvt также требует наличия Atg8, локализованного в PAS, для образования везикул Cvt, которые затем сливаются с вакуолью для доставки гидролаз, необходимых для деградации.

Посттрансляционная модификация и регуляторный цикл

Atg8 существует в цитоплазматической и мембранно-ассоциированной форме.[15] Мембранная ассоциация достигается путем связывания Atg8 с фосфатидилэтаноламин (PE), который является липидной составляющей плазматических мембран. Этот процесс посттрансляционной модификации, называемый липидизацией, выполняется системой конъюгации Atg8, содержащей цистеинпротеазу ATG4 (принадлежащую к семейству каспаз), а также белки ATG7, ATG3 и ATG5 -ATG12 сложный.[16]

Система сопряжения Atg8 работает по аналогии с убиквитинирование система. Однако именно Atg8 представляет собой убиквитиноподобный белок (Ubl) переносится на PE, в то время как ATG7 функционирует как фермент E1, ATG3 как фермент E2 и комплекс ATG12-ATG5 как E3 лигаза.

Процесс липидирования инициируется зависимым от ATG4 посттрансляционным расщеплением последнего C-концевого аминокислотного остатка Atg8. После расщепления Atg8 обнажает С-концевой остаток глицина (Gly 116), с которым затем можно связать 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, предполагая тот же тип тиоэфирной связи. Наконец, Atg8 отделяется от Atg3 и связывается с головной аминогруппой PE через амидную связь. Было обнаружено, что этот последний шаг облегчается и стимулируется ATG5 -ATG12 сложный.[17]

Оба белка, Atg5 и Atg12, были первоначально идентифицированы как часть другой системы конъюгирования Ubl, которая способствует конъюгации ATG12 к ATG5 через ATG7 и Atg10. Это означает, что ATG12 и система сопряжения Atg8 фактически взаимозависимы.

Гомологи млекопитающих

У высших эукариот Atg8 не кодируется одним геном, как у дрожжей, а происходит из мультигенного семейства. Четыре его гомолога уже идентифицированы в клетках млекопитающих.

Один из них - LC3 (MAP1LC3A ), легкая цепь белка, связанного с микротрубочками 1[18] Подобно Atg8, LC3 необходимо протеолитически расщеплять и липидировать, чтобы превратить в свою активную форму, которая может локализоваться на мембране аутофагосомы. Подобно ситуации с дрожжами, процесс активации LC3 запускается истощением 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 (усилитель АТФазы, связанный с Гольджи, 16 кДа). [20] который играет важную роль в везикулярном транспорте внутри Гольджи, стимулируя NSF (N-этилмалеимид-чувствительный фактор) АТФазная активность и взаимодействие с Golgi v-SNARE GOS-28, и ГАБАРАП (белок, связанный с рецептором типа A γ-аминомасляной кислоты)[21][22] что облегчает кластеризацию рецепторов ГАМК в сочетании с микротрубочками.

Все три белка характеризуются процессами протеолитической активации, при которых они липидируются и локализуются на плазматической мембране. Однако для GATE-16 и GABARAP мембранная ассоциация кажется возможной даже для нелипидированных форм. Помимо LC3, GABARAP и ВОРОТА-16 самым последним, но менее хорошо изученным гомологом млекопитающих является ATGL8. Мало что известно о его фактическом процессе активации, за исключением его взаимодействия с одним из гомологов ATG4 млекопитающих, hATG4A.[23]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ PDB: 1UGM​; Sugawara K, Suzuki NN, Fujioka Y, Mizushima N, Ohsumi Y, Inagaki F (июль 2004 г.). «Кристаллическая структура легкой цепи 3 белка, ассоциированного с микротрубочками, гомолога Saccharomyces cerevisiae Atg8 млекопитающих». Гены Клетки. 9 (7): 611–8. Дои:10.1111 / j.1356-9597.2004.00750.x. PMID  15265004.
  2. ^ а б Geng J, Klionsky DJ (сентябрь 2008 г.). «Убиквитин-подобные системы конъюгации Atg8 и Atg12 в макроаутофагии.« Модификации белков: за пределами серии обзоров обычных подозреваемых ». EMBO Rep. 9 (9): 859–64. Дои:10.1038 / embor.2008.163. ЧВК  2529362. PMID  18704115.
  3. ^ Sugawara K; Suzuki NN; Fujioka Y; Mizushima N; Ohsumi Y; Инагаки Ф. (2004). «Кристаллическая структура легкой цепи 3 белка, ассоциированного с микротрубочками, гомолога Saccharomyces cerevisiae Atg8 млекопитающих». Гены в клетки. 9 (7): 611–618. Дои:10.1111 / j.1356-9597.2004.00750.x. PMID  15265004.
  4. ^ Suzuki NN; Ёсимото К; Fujioka Y; Ohsumi Y; Инагаки Ф. (2005). «Кристаллическая структура растения ATG12 и его биологическое значение в аутофагии». Аутофагия. 1 (2): 119–126. Дои:10.4161 / авто.1.2.1859. PMID  16874047.
  5. ^ а б Осуми Ю. (2001). «Молекулярное рассечение аутофагии: две убиквитиноподобные системы». Обзоры природы Молекулярная клеточная биология. 2 (3): 211–216. Дои:10.1038/35056522. PMID  11265251.
  6. ^ Kamada Y; Sekito T; Осуми Ю. (2004). Аутофагия у дрожжей: TOR-опосредованная реакция на недостаток питательных веществ. Актуальные темы микробиологии и иммунологии. 279. С. 73–84. Дои:10.1007/978-3-642-18930-2_5. ISBN  978-3-540-00534-6. PMID  14560952.
  7. ^ Иаве-Лийза Эскелинен (2008). Новое понимание механизмов макроаутофагии в клетках млекопитающих. Международный обзор клеточной и молекулярной биологии. 266. С. 207–247. Дои:10.1016 / S1937-6448 (07) 66005-5. ISBN  978-0-12-374372-5. PMID  18544495.
  8. ^ Mizushima N; Ямамото А; Hatano M; Кобаяши Y; Kabeya Y; Suzuki K; Tokuhisa T; Ohsumi Y; Йошимори Т. (2001). «Рассечение формирования аутофагосом с использованием эмбриональных стволовых клеток мыши с дефицитом Apg5». J Cell Biol. 152 (4): 657–68. Дои:10.1083 / jcb.152.4.657. ЧВК  2195787. PMID  11266458.
  9. ^ Се З; Клионский DJ. (2007). «Формирование аутофагосом: основные машины и адаптации». Nat. Cell Biol. 9 (10): 1102–9. Дои:10.1038 / ncb1007-1102. PMID  17909521.
  10. ^ Хуанг WP; Скотт С.В.; Ким Дж; Клионский DJ. (2000). «Маршрут компонента везикул, Aut7p / Cvt5p, заканчивается в дрожжевой вакуоли через пути аутофагии / Cvt». J Biol Chem. 275 (8): 5845–51. Дои:10.1074 / jbc.275.8.5845. PMID  10681575.
  11. ^ а б Kabeya Y; Mizushima N; Уэно Т; Ямамото А; Кирисако Т; Нода Т; Коминами Э; Ohsumi Y; Йошимори Т. (2000). «LC3, гомолог дрожжевого Apg8p у млекопитающих, локализуется в мембранах аутофагосом после обработки». EMBO J. 19 (21): 5720–5728. Дои:10.1093 / emboj / 19.21.5720. ЧВК  305793. PMID  11060023.
  12. ^ Кирисако Т., Баба М., Исихара Н., Миядзава К., Осуми М., Йошимори Т., Нода Т., Осуми Ю. (1999). «Процесс образования аутофагосом отслеживается с помощью Apg8 / Aut7p в дрожжах». J. Cell Biol. 147 (2): 435–46. Дои:10.1083 / jcb.147.2.435. ЧВК  2174223. PMID  10525546.
  13. ^ Се З; Наир У; Клионский DJ. (2008). «Atg8 контролирует расширение фагофора во время формирования аутофагосомы». Mol Biol Cell. 19 (8): 3290–8. Дои:10.1091 / mbc.E07-12-1292. ЧВК  2488302. PMID  18508918.
  14. ^ Ким Дж, Клионский DJ (2000). «Аутофагия, путь нацеливания из цитоплазмы в вакуоль и пексофагия в клетках дрожжей и млекопитающих». Ежегодный обзор биохимии. 69: 303–342. Дои:10.1146 / annurev.biochem.69.1.303. PMID  10966461.
  15. ^ Кирисако Т; Ичимура Y; Окада H; Kabeya Y; Mizushima N; Йошимори Т; Ohsumi M; Такао Т; Нода Т; Осуми Ю. (2000). «Обратимая модификация регулирует состояние связывания с мембраной Apg8 / Aut7, необходимого для аутофагии и пути нацеливания цитоплазмы на вакуоль». J. Cell Biol. 151 (2): 263–76. Дои:10.1083 / jcb.151.2.263. ЧВК  2192639. PMID  11038174.
  16. ^ Ичимура Y; Кирисако Т; Такао Т; Satomi Y; Шимониси Y; Ishihara N; Mizushima N; Танида I; Коминами Э; Ohsumi M; Нода Т; Осуми Ю. (2000). «Убиквитин-подобная система опосредует липидирование белков». Природа. 408 (6811): 488–92. Дои:10.1038/35044114. PMID  11100732.
  17. ^ Гэн Дж, Клионский Д. (2008). «Системы конъюгации, подобные убиквитину Atg8 и Atg12, в макроаутофагии. Модификации белков: серия обзоров, выходящих за рамки обычных подозреваемых». Отчеты EMBO. 9 (9): 859–864. Дои:10.1038 / embor.2008.163. ЧВК  2529362. PMID  18704115.
  18. ^ Танида I; Уэно Т; Коминами Э. (декабрь 2004 г.). «Система конъюгации LC3 в аутофагии млекопитающих». Int J Biochem Cell Biol. 36 (12): 2503–18. Дои:10.1016 / j.biocel.2004.05.009. ЧВК  7129593. PMID  15325588.
  19. ^ Черра С.Дж., Кулич С.М., Уэчи Дж., Баласубрамани М., Маунтзурис Дж., Дэй Б.В., Чу, Коннектикут (август 2010 г.). «Регулирование белка аутофагии LC3 путем фосфорилирования». J. Cell Biol. 190 (4): 533–9. Дои:10.1083 / jcb.201002108. ЧВК  2928022. PMID  20713600.
  20. ^ Сагив Ю., Легесс-Миллер А., Порат А., Элазар З. (2000). «GATE-16, модулятор мембранного транспорта, взаимодействует с NSF и Golgi v-SNARE GOS-28». EMBO J. 19 (7): 1494–1504. Дои:10.1093 / emboj / 19.7.1494. ЧВК  310219. PMID  10747018.
  21. ^ Чен ЗВ; Chang CS; Leil TA; Olsen RW. (2007). «C-концевая модификация необходима для GABARAP-опосредованного трафика рецептора GABA (A)». J. Neurosci. 27 (25): 6655–63. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.0919-07.2007. PMID  17581952.
  22. ^ Ван Х; Бедфорд Ф.К .; Брэндон Нью-Джерси; Moss SJ; Olsen RW. (1999). «Белок, связанный с ГАМК (А) -рецептором, связывает рецепторы ГАМК (А) и цитоскелет». Природа. 397 (6714): 69–72. Дои:10.1038/16264. PMID  9892355.
  23. ^ Танида I; Sou YS; Минэмацу-Икегучи Н; Уэно Т; Коминами Э. (2006). «Atg8L / Apg8L является четвертым модификатором конъюгации Atg8 млекопитающих, опосредованной человеческими Atg4B, Atg7 и Atg3». FEBS J. 273 (11): 2553–62. Дои:10.1111 / j.1742-4658.2006.05260.x. PMID  16704426.

внешняя ссылка