自噬是存在于真核生物中,一种高度保守的蛋白质或细胞器降解的过程,自噬发生时,一些损坏的蛋白质或细胞器被双层膜结构的自噬小泡包裹,最终送到溶酶体中降解。降解产生的氨基酸等小分子物质可被细胞再利用,也能用于能量的产生。
细胞自噬是细胞成分降解和回收利用的基础,细胞将内部损坏、老化或功能丧失的细胞器分解,从而快速地提供能量和原材料维持细胞的正常运作。
细胞自噬主要经历4 个阶段:自噬的诱导,自噬体的组装和形成,自噬体与溶酶体的结合与融合,以及最终的降解。
一、自噬的诱导阶段
细胞在正常情况下很少发生自噬,然而,当细胞外(营养成分短缺、缺氧缺血和生长因子诱导)和细胞内(代谢压力、细胞器老化、蛋白质错误折叠和DNA 损伤)等因素影响了细胞时,自噬会被诱导发生。其中,主要有5 条信号通路与自噬相关:Erk1/2 通路,PI3K 通路,AMPK 通路,氨基酸饥饿通路和p53 通路
二、 自噬体的组装阶段
在上游信号的诱导下,ATG12 和ATG5,先后由ATG7 和ATG10分别催化而偶联,最后与ATG16L形成复合体,参与吞噬泡的组装。ATG12 和ATG5 结合到一起,形成ATG12-ATG5 复合物,其表面区域的氨基酸序列在进化上保守, 从而具有保守的表面构象,这种构象是LC3 脂质化所必需的条件。
LC3 以前体(pro-LC3)的形式翻译出来后,即刻被ATG4 切割掉C 端的一段多肽,暴露出甘氨酸位点,成为分布在胞浆中的LC3-I。
LC3-I 在ATG7 和ATG3 的作用下(类似于泛素化修饰),与磷脂酰乙醇胺(PE)共价结合,形成膜结合蛋白LC3-II,结合在自噬体膜上,LC3-II 已被广泛用做自噬过程的标志
三、自噬体的融合阶段
自噬体与溶酶体的融合是细胞发挥自噬功能,对细胞内多余物质进行降解和再度利用的关键,Rab7 是自噬体和溶酶体融合阶段的重要分子,同时,自噬体上STX17 与溶酶体上VAMP8 结合会介导自噬体和溶酶体的融合
四、 降解阶段
SQSTM1/p62 将泛素化的蛋白转运到自噬体中,经过融合阶段后,自噬溶酶体中的内容物降解,以实现细胞稳态和自我更新。