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国自然科学热点分析:获诺奖的自噬与其相关信号通路


作者:解螺旋.叶子

如需转载请注明来源:解螺旋·医生科研助手

导语

今年诺贝尔医学和生理学奖颁给了研究自噬性溶酶体的大隅良典,细胞自噬是近年来的热点,得了诺奖之后相信会受到更多科研人员的关注,当然也受到众多国自然申请者的青睐。

国自然科学热点分析往期回顾

(点击以下标题可看)

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可以看到,近10年来每年国自然资助的自噬项目都是逐年增长的,而且每年增长数都很高。自噬字面上理解就是自己吃自己,细胞把不用的大分子或是衰老损伤的细胞器分解再利用,有点像可再生能源的意思,但细胞怎么调控这个复杂的过程以及什么时候要自噬,哪些东西要被分解再利用,这都是能够被研究的对象。
 
自噬近年来受到热捧的原因在于其跟三大疾病的关联:衰老、神经退行性疾病、肿瘤。
 
在不同疾病研究中的比重,发现肿瘤研究仍然是一家独大。循环系统疾病位居第二,主要包含心肌缺血再灌注、糖尿病性心肌病、心力衰竭、动脉粥样硬化等。神经系统和精神疾病位居第三,主要包含蛛网膜下腔出血、帕金森综合症、脊髓损伤、脑梗死等。
 
我们通常研究的自噬,包括:信号刺激,吞噬泡的形成,吞噬泡与内含体/溶酶体的融合,内容物的降解以及降解产物的释放。所以很多自噬的研究都是从其上下游信号通路入手,比如mTOR信号途径
 
在今年的国自然资助项目中,就有许多基于mTOR相关通路的自噬研究,比如广州医科大学的“基于能量代谢从AMPK/mTOR通路调控心肌自噬探讨养心康改善心室重构的作用机制”,上海交通大学的“基于mTOR-P62通路纳米-丹酚酸A靶向干预AMD研究”以及南方医科大学的“ω-3/ω-6脂肪酸调控mTORC1信号介导终板软骨细胞自噬的机制研究”等等。
自噬的上游通路

在自噬上游通路中,mTOR作为一种保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,是调节细胞生长、增殖、运动、存活和自噬等上游通路的汇合点。这里,我们主要看PI3K/AKT/mTOR抑制自噬的信号通路,它在许多肿瘤中被激活。


  • 生长因子抑制自噬:生长因子信号激活PI3K/AKT/mTOR信号途径,从而抑制自噬(紫红色)。

  • 饥饿和ER(内质网应激)压力促进自噬:AMPK/CaMKK信号途径(深绿色);p53/DRAM信号途径(深黄色)。

  • Ras信号途径既能促进自噬,又能抑制自噬(淡绿色)。

  • 各种信号分子相应的抑制剂,如G蛋白耦联受体拮抗剂(淡蓝色)。

自噬的下游通路

自噬下游通路中,重点关注的是mTORC1。


mTORC1促进细胞生长和代谢,而通过结合ULK1复合物抑制自噬。mTORC1的活性受到许多信号的调控,其主要调控因子是TSC蛋白质。TSC2与TSC1形成的复合物能使 Rheb 由活化形式转变为非活化形式,从而抑制 mTORC1的活性。而活化的AKT能够磷酸化 TSC2从而阻止 TSC复合物的形成,进一步导致 mTORC1的激活。

  1. mTOR激酶直接作用于Atg蛋白来调节自噬体的形成;

  2. mTOR介导的信号转导作用于下游效应物,如4E-BP1、S6K激酶,启动相关基因转录和翻译,从而调控自噬。

 

因此可检测S6K的磷酸化水平来研究有无激活mTOR信号途径。

综上,在我们的实际研究中,可以通过检测自噬相关markers来判断自噬发生与否。当然,如果发现靶分子作用于mTOR上游某分子,如Rhed,也可以和mTOR信号通路介导的增殖/自噬等联系起来。

相关科学家及其论著

最后盘点下在自噬研究做出贡献的科学家,大家在写标书或者文章的时候也可以引用其相关文献:
 
1、第一个是现在正火的大隅良典,最重要的论文当然是,Autophagy in yeast demonstrated with proteinase-deficient mutants and conditions for its induction. 这篇论文是他获得诺奖的关键成果,证实了酵母的自噬过程,并验证和表征这个过程中的关键基因。A protein conjugation system essential for autophagy,他的这篇论文则是发现了ATG12-ATG5自噬通路。

2、第二位是密歇根大学生物化学家的Daniel Klionsky:最早在《Science》发表自噬综述,2005年创办了第一本自噬杂志《Autophagy》

3、第三位大牛是比利时科学家Christian de Duve:自噬研究的鼻祖,在上世纪50年代使用电镜观察到自噬体结构,在1963年提出了“自噬”的说法。他由于发现溶酶体于1974年获得诺贝尔生理学和医学奖。已经离世。

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