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細胞自噬研究

自噬及其生物學功能

細胞自噬(Autophagy)是真核生物中一種由溶酶體介導的高度保守的降解過程。在能量匱乏,活性氧累積等各種脅迫條件下時,細胞通過形成雙層膜結構的自噬小體,包裹一部分胞內物質并將其運送到溶酶體進行降解和重新利用,從而維持細胞的存活。根據胞內底物運送到溶酶體的方式不同,哺乳動物細胞自噬可分為三種主要方式:巨自噬(Macroautophagy)、微自噬(Microautophagy)和分子伴侶介導的自噬(Chaperone-mediatedautophagy)。通常我們所研究的是巨自噬,簡稱自噬。


自噬信號通路

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自噬研究策略和方法

正常細胞基礎水平自噬活性比較低,對自噬研究通常需要進行人工調節和干預,常用藥物有:


自噬誘導劑

a) Bredeldin A / Thapsigargin / Tunicamycin :模擬內質網應激

b) Carbamazepine/ L-690,330/ Lithium Chloride(氯化鋰):IMPase 抑制劑(即Inositol monophosphatase,肌醇單磷酸酶)

c) Earle's平衡鹽溶液:制造饑餓

d) N-Acetyl-D-sphingosine(C2-ceramide):Class I PI3K Pathway抑制劑

e) Rapamycin:mTOR抑制劑

f) Xestospongin B/C:IP3R阻滯劑


自噬抑制劑

a) 3-Methyladenine(3-MA):(Class III PI3K) hVps34 抑制劑

b) Bafilomycin A1:質子泵抑制劑

c) Hydroxychloroquine(羥氯喹)


自噬的評估通常采用多個自噬階段的標志物,因為自噬小體數量的增加可能是自噬上調也可能是自噬最后階段降解被抑制所致,所以設置合適的對照很有必要。

1. 透射電鏡

2. WB檢測標志物LC3/Atg8和p62/SQSTM1

3. WB檢測Lamps、Atg5、Atg14和Beclin-1

4. 組織蛋白酶Cathepsin活力檢測

5. IF檢測自噬潮autophagic flux


自噬研究常規思路

通常情況下,除了研究自噬現象本身,大家更多的是將自噬與各種生命活動或者疾病結合起來,把自噬作為這些方向的一個機制來研究。比如研究自噬如何參與腫瘤的發生發展、如何參與腫瘤的耐藥性與復發轉移、如何參與腫瘤免疫治療的效果、如何參與炎癥反應、如何參與氧化應激,如何參與自閉癥、阿爾茲海默癥的發生與治療等,通常的研究模式:

1. 證明自噬參與了相關研究表型(電鏡、LC3II/I-WB、LC3亞細胞定位、LC3熒光示蹤監測自噬流等)

2. 證明自噬在表型中起到關鍵作用(通過自噬抑制劑、激動劑進行關聯研究)

3. 找到表型與自噬橋梁分子(檢測pI3K通路、Beclin-1、ATG家族各成員)

4. 在基因層面通過gain of/lost of function研究橋梁分子在自噬中的作用。


自噬相關研究領域

1.  自噬起始和終止的分子機制

2. 細胞自噬與腫瘤

3. 細胞自噬與免疫

4. 自噬參與炎癥信號通路的調節

5. 細胞自噬與神經退行性疾病

6. 激活自噬促進免疫化療和放療 

7. 表觀遺傳學與細胞自噬的關系

8. 藥物治療自噬.


文獻參考

[1]Emerging Mechanisms in Initiating and Terminating Autophagy. Trends Biochem Sci. 2017 Jan;42(1):28-41.

[2]Targeting autophagy in cancer. Nat Rev Cancer. 2017 Sep;17(9):528-542.

[3]Autophagy: controlling cell fate in rheumatic diseases. Nat Rev Rheumatol. 2016 Sep;12(9):517-31.

[4]Crosstalk between autophagy and inflammatory signalling pathways: balancing defence and homeostasis. Nat Rev Immunol. 2016 Nov;16(11):661-675.

[5]Autophagy and Neurodegeneration: Pathogenic Mechanisms and Therapeutic Opportunities. Neuron. 2017 Mar 8;93(5):1015-1034.

[6]Activating autophagy to potentiate immunogenic chemotherapy and radiation therapy. Nat Rev Clin Oncol. 2017 Apr;14(4):247-258.

[7]Epigenetic Control of Autophagy: Nuclear Events Gain More Attention. Mol Cell.2017 Mar 2;65(5):781-785.

[8]Pharmacological modulation of autophagy: therapeutic potential and persisting obstacles. Nat Rev Drug Discov.2017 Jul;16(7):487-511.


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