前幾期給大家介紹了經(jīng)典自噬、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自噬和線粒體自噬，本期小編將從分子伴侶介導(dǎo)的自噬簡介、分子伴侶介導(dǎo)的自噬應(yīng)用案例、漢恒生物分子伴侶介導(dǎo)的自噬研究工具這三個方面給大家詳細(xì)全面的介紹下分子伴侶介導(dǎo)的自噬。

什么是分子伴侶介導(dǎo)的自噬（CMA）

分子伴侶介導(dǎo)的自噬主要通過分子伴侶識別蛋白質(zhì)序列上的一段特殊基序，將蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體內(nèi)進(jìn)行降解的過程。其大致流程見圖1：Ⅰ、分子伴侶熱休克同源蛋白70（HSC70）識別帶有KFERQ基序的底物；Ⅱ、HSC70-底物復(fù)合體與溶酶體相關(guān)膜蛋白2A型（LAMP2A）相結(jié)合；Ⅲ、分子伴侶對底物進(jìn)行去折疊，形成CMA易位復(fù)合體；Ⅳ、LAMP2A多聚化介導(dǎo)的底物易位，溶酶體蛋白酶對底物進(jìn)行降解，LAMP2A從易位復(fù)合體中解離。

圖1 分子伴侶介導(dǎo)的自噬模式圖

通常情況下，肝臟、腎臟、大腦等組織或培養(yǎng)物中的幾乎所有不同細(xì)胞類型中均可以檢測到一定程度的CMA活性，而細(xì)胞應(yīng)激狀態(tài)下則最大程度地激活了這一途徑，饑餓、氧化劑、促氧化劑和蛋白質(zhì)變性毒素均會引起CMA的活化。CMA通過選擇性識別和降解細(xì)胞過程中的某些蛋白，對細(xì)胞活動做到精確調(diào)控，其潛在功能研究也逐漸成為自噬研究的熱點(diǎn)。

分子伴侶介導(dǎo)的自噬（CMA）應(yīng)用案例

無論是在科研界摸爬滾打多年的資深科研er，還是剛?cè)肟蒲写箝T的萌新，相信都對“自噬”這個熱點(diǎn)耳熟能詳。有人會說，自噬已經(jīng)是過去式，作為熱點(diǎn)也有點(diǎn)“過氣”，不值得再據(jù)此設(shè)計課題。

小編看到這樣的評論只能說：NoNoNo！熱點(diǎn)之所以能成為熱點(diǎn)，從來都是與時俱進(jìn)，追蹤科學(xué)最前沿的。你以為的老熱點(diǎn)“自噬”，實(shí)際上是被投入較多關(guān)注的“巨自噬”（也稱為“大自噬”），不受待見的原因也是有太多套路化研究。然而，自噬的另外一種：“分子伴侶介導(dǎo)的自噬”（chaperone mediated autophagy, CMA），仍然具有創(chuàng)新和挖掘的潛力。

下面我們就來看看在分子伴侶介導(dǎo)的自噬領(lǐng)域，有哪些研究吧！

2022年4月4日羅馬大學(xué)生物系Enrico Desideri教授團(tuán)隊(duì)在Autophagy (IF=13.391)上發(fā)表了一篇名為：“Impaired degradation of YAP1 and IL6ST by chaperone-mediated autophagy promotes proliferation and migration of normal and hepatocellular carcinoma cells”的研究論文，證明了在人肝細(xì)胞癌和肝細(xì)胞系中，YAP1和IL6ST是分子伴侶介導(dǎo)的自噬（CMA）的新底物。敲除溶酶體CMA受體LAMP2A會增加YAP1和IL6ST的蛋白水平，但不會改變mRNA的表達(dá)。此外，這兩種蛋白都顯示依賴于KFERQ與CMA伴侶HSPA8的結(jié)合，并在長期饑餓刺激CMA后積聚到分離的溶酶體中。進(jìn)一步研究表明LAMP2A下調(diào)促進(jìn)了肝癌細(xì)胞和人肝細(xì)胞系的增殖和遷移，并且它是以YAP1和IL6ST依賴的方式做到這一點(diǎn)的。最后，在人肝細(xì)胞癌組織中，LAMP2A表達(dá)下調(diào)，YAP1和IL6ST表達(dá)上調(diào)。綜上所述，該工作揭示了一種新的機(jī)制，控制了兩種癌癥相關(guān)蛋白的逆轉(zhuǎn)，并暗示了CMA在肝臟中的腫瘤抑制功能，有望利用CMA活性用于癌癥診斷和治療。

圖2 YAP1和IL6ST是CMA底物

2022年4月1日西班牙IBIONS–Instituto的Julio Madrigal-Matute教授團(tuán)隊(duì)在PNAS (IF=12.779)期刊上發(fā)表了一篇名為：“Protective role of chaperone-mediated autophagy against atherosclerosis”的研究論文，該研究顯示小鼠和人動脈中血管平滑肌細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的CMA活性降低，以應(yīng)對動脈粥樣硬化的挑戰(zhàn)。在體內(nèi)，受阻的CMA基因通過系統(tǒng)性和細(xì)胞自主性改變血管平滑肌細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，加重動脈粥樣硬化的病理，這兩種細(xì)胞類型參與了動脈粥樣硬化的形成。CMA缺乏可促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞的去分化和巨噬細(xì)胞的促炎狀態(tài)。相反，CMA上調(diào)的遺傳小鼠模型顯示出較低的動脈粥樣硬化易感性。作者認(rèn)為CMA可能是治療心血管疾病的一個有吸引力的靶點(diǎn)。

圖3 CMA對抗動脈粥樣硬化前損傷的全身和血管反應(yīng)

漢恒生物分子伴侶介導(dǎo)自噬（CMA）研究工具

CMA底物的識別主要發(fā)生在胞漿內(nèi)，所有CMA底物均含有一個可被HSC70識別的五肽樣基序（KFERQ序列），該基序由以下氨基酸殘基組成，一個恒定的氨基酸殘基谷氨酰胺（Q），一個堿性氨基酸殘基賴氨酸（K）或精氨酸（R），一個疏水性氨基酸殘基苯丙氨酸（F）、纈氨酸（V）、亮氨酸（L）或異亮氨酸（I），一個酸性氨基酸殘基谷氨酸（E）或天門冬氨酸（D），最后以一個以上所描述的堿性或疏水性氨基酸殘基結(jié)尾。KFERQ序列保證了這種蛋白降解途徑的嚴(yán)格選擇性。

研究發(fā)現(xiàn)將蛋白質(zhì)動態(tài)構(gòu)象理論計算與光遺傳學(xué)相結(jié)合，可以開發(fā)出受特定波長光調(diào)控的光激活蛋白，其與普通熒光蛋白具有相似的遺傳學(xué)特性，另一方面，其在特殊的激光刺激下會產(chǎn)生一些特異性的變化，如亮度變化、顏色變化等。PAmCherry1作為一種光活化蛋白，本身無自發(fā)熒光，需在405nm波長的光暴露5-10分鐘進(jìn)行活化后，才可被激活發(fā)出紅色熒光（激發(fā)564nm，發(fā)射595nm），使用這類熒光蛋白可降低高自發(fā)熒光或累積自發(fā)熒光色素沉積物對細(xì)胞觀察的影響。

漢恒生物基于以上原理，構(gòu)建了KFERQ-PAmCherry1探針和PAmCherry1-KFERQ-NE探針，可用于感染目的細(xì)胞后直觀地觀察分子伴侶介導(dǎo)自噬的變化。KFERQ-PAmCherry1探針借助分子伴侶所識別的底物的基序KFERQ與光活化蛋白PAmCherry融合，使其轉(zhuǎn)化為CMA底物，當(dāng)靶向溶酶體時便可通過觀察紅色熒光斑點(diǎn)數(shù)量來檢測活細(xì)胞中的CMA活性（圖4-a）。而PAmCherry1-KFERQ-NE探針是在KFERQ-PAmCherry1的基礎(chǔ)上增加了一種新型18個氨基酸的表位標(biāo)簽“NE”，這種標(biāo)簽?zāi)軌蛴糜谔禺愋悦庖邫z測和定量PAmCherry1-KFERQ蛋白表達(dá)量，滿足多種實(shí)驗(yàn)需求，可謂是在KFERQ-PAmCherry1探針的基礎(chǔ)上錦上添花。

相關(guān)產(chǎn)品列表

圖4 KFERQ-PAmCherry1工作原理圖

至此，本期內(nèi)容就結(jié)束了，主要介紹了分子伴侶介導(dǎo)的自噬的概念，應(yīng)用案例和研究工具。關(guān)于自噬領(lǐng)域的干貨分享就到這里啦，收官大吉！下期我們將推送假病毒相關(guān)干貨知識，歡迎友友們訂閱關(guān)注。

參考文獻(xiàn)

1. Koga H, Martinez-Vicente M, Macian F, Verkhusha VV, Cuervo AM. A photoconvertible fluorescent reporter to track chaperone-mediated autophagy. Nat Commun. 2011 Jul 12;2:386. doi: 10.1038/ncomms1393.

2. Ho PW, Leung CT, Liu H, Pang SY, Lam CS, Xian J, Li L, Kung MH, Ramsden DB, Ho SL. Age-dependent accumulation of oligomeric SNCA/α-synuclein from impaired degradation in mutant LRRK2 knockin mouse model of Parkinson disease: role for therapeutic activation of chaperone-mediated autophagy (CMA). Autophagy. 2020 Feb;16(2):347-370. doi: 10.1080/15548627.2019.1603545.

3. Lee W, Kim HY, Choi YJ, Jung SH, Nam YA, Zhang Y, Yun SH, Chang TS, Lee BH. SNX10-mediated degradation of LAMP2A by NSAIDs inhibits chaperone-mediated autophagy and induces hepatic lipid accumulation. Theranostics. 2022 Feb 21;12(5):2351-2369. doi: 10.7150/thno.70692.

4. Fan Y, Hou T, Gao Y, Dan W, Liu T, Liu B, Chen Y, Xie H, Yang Z, Chen J, Zeng J, Li L. Acetylation-dependent regulation of TPD52 isoform 1 modulates chaperone-mediated autophagy in prostate cancer. Autophagy. 2021 Dec;17(12):4386-4400. doi: 10.1080/15548627.2021.1917130.

5. Desideri E, Castelli S, Dorard C, Toifl S, Grazi GL, Ciriolo MR, Baccarini M. Impaired degradation of YAP1 and IL6ST by chaperone-mediated autophagy promotes proliferation and migration of normal and hepatocellular carcinoma cells. Autophagy. 2023 Jan;19(1):152-162.?

doi: 10.1080/15548627.2022.2063004.

6. Madrigal-Matute J, de Bruijn J, van Kuijk K, Riascos-Bernal DF, Diaz A, Tasset I, Martín-Segura A, Gijbels MJJ, Sander B, Kaushik S, Biessen EAL, Tiano S, Bourdenx M, Krause GJ, McCracken I, Baker AH, Jin H, Sibinga NES, Bravo-Cordero JJ, Macian F, Singh R, Rensen PCN, Berbée JFP, Pasterkamp G, Sluimer JC, Cuervo AM. Protective role of chaperone-mediated autophagy against atherosclerosis. Proc Natl Acad Sci U S A. 2022 Apr 5;119(14):e2121133119.?

doi: 10.1073/pnas.2121133119.