ATG8
| białko związane z autofagią 8 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Struktura krystaliczna łańcucha lekkiego białka 3 związanego z mikrotubulami, ssaczego homologu Saccharomyces cerevisiae Atg8.
| |||||||
| Identyfikatory | |||||||
| Organizm | |||||||
| Symbol | Atg8 | ||||||
| Alt. symbolika | Apg8, Aut7, Cvt5 | ||||||
| Entrez | 852200 | ||||||
| RefSeq (mRNA) | NM_001178318 | ||||||
| RefSeq (Prot) | NP_009475 | ||||||
| UniProt | P38182 | ||||||
| Inne dane | |||||||
| Chromosom | VII: 0,16 - 0,16 MB | ||||||
| |||||||
Białko 8 związane z autofagią ( Atg8 ) jest białkiem podobnym do ubikwityny, wymaganym do tworzenia błon autofagosomalnych. Przejściowa koniugacja Atg8 z błoną autofagosomalną przez ubikwityny jest niezbędna do autofagii u eukariotów . Chociaż istnieją homologi u zwierząt (patrz na przykład GABARAP , GABARAPL1, GABARAPL2 , MAP1LC3A , MAP1LC3B , MAP1LC3B2 i MAP1LC3C), ten artykuł koncentruje się głównie na jego roli w niższych eukariotach, takich jak Saccharomyces cerevisiae .
Struktura
Atg8 jest monomerem złożonym ze 117 aminokwasów i ma masę cząsteczkową 13,6 kDa. Składa się z 5-niciowej β-kartki, która jest otoczona dwiema α-helisami z jednej strony i jedną α-helisą z drugiej strony i wykazuje konserwatywną domenę GABARAP . Chociaż Atg8 nie wykazuje wyraźnej homologii sekwencji z ubikwityną , jego struktura krystaliczna ujawnia konserwowany fałd podobny do ubikwityny.
Funkcjonować
W autofagii
Atg8 jest jednym z kluczowych składników molekularnych zaangażowanych w autofagię , proces komórkowy pośredniczący w zależnym od lizosomu / wakuoli obrocie makrocząsteczek i organelli. Autofagia jest indukowana po wyczerpaniu składników odżywczych lub leczeniu rapamycyną i prowadzi do odpowiedzi ponad 30 znanych dotychczas genów związanych z autofagią (ATG), w tym ATG8. To, jak dokładnie białka ATG są regulowane, jest nadal badane, ale jasne jest, że wszystkie sygnały informujące o dostępności źródeł węgla i azotu zbiegają się na ścieżce sygnałowej TOR i że białka ATG są dalszymi efektorami tej ścieżki. W przypadku, gdy zapasy składników odżywczych są wystarczające, szlak sygnałowy TOR hiperfosforyluje pewne białka Atg, hamując w ten sposób tworzenie autofagosomu. Po głodówce indukowana jest autofagia poprzez aktywację białek Atg zarówno na poziomie modyfikacji białek, jak i transkrypcji.
Atg8 jest szczególnie ważny w makroautofagii , która jest jednym z trzech różnych typów autofagii charakteryzujących się tworzeniem pęcherzyków otoczonych podwójną błoną , które sekwestrują części cytozolu , tak zwane autofagosomy. Zewnętrzna błona tych autofagosomów następnie łączy się z lizosomem / wakuolą, uwalniając międzypojedynczą błonę (ciało autofagiczne) przeznaczoną do degradacji . Podczas tego procesu Atg8 jest szczególnie ważny dla dojrzewania autofagosomu (lipidacji).
Podobnie jak większość białek Atg, Atg8 jest zlokalizowany w cytoplazmie i PAS w warunkach bogatych w składniki odżywcze, ale staje się związany z błoną w przypadku indukcji autofagii. Następnie lokalizuje się w miejscu zarodkowania autofagosomu, miejscu składania fagoforów (PAS). Zarodkowanie fagoforu wymaga akumulacji zestawu białek Atg i 3-kinazy fosfoinozytydu klasy III na PAS. Uważa się, że późniejsza rekrutacja Atg8 i innych białek związanych z autofagią wyzwala ekspansję pęcherzyków w uzgodniony sposób, prawdopodobnie poprzez zapewnienie siły napędowej dla krzywizny błony. Przejściowa koniugacja Atg8 z fosfatydyloetanoloaminą lipidu błonowego jest niezbędna do ekspansji fagoforu, ponieważ jego mutacja prowadzi do defektów w tworzeniu autofagosomu. Jest rozmieszczony symetrycznie po obu stronach autofagosomu i zakłada się, że istnieje ilościowa korelacja między ilością Atg8 a wielkością pęcherzyka.
Po zakończeniu ekspansji pęcherzyków autofagosom jest gotowy do fuzji z lizosomem , a Atg8 może zostać uwolniony z błony w celu recyklingu (patrz poniżej) lub ulega degradacji w autolizosomie, jeśli pozostanie nierozszczepiony.
ATG8 jest również wymagany do innego procesu związanego z autofagią, zwanego szlakiem kierowania cytoplazmy do wakuoli (Cvt). Ten specyficzny dla drożdży proces działa konstytutywnie w warunkach bogatych w składniki odżywcze i selektywnie transportuje hydrolazy, takie jak aminopeptydaza I, do wakuoli drożdży. Szlak Cvt wymaga również Atg8 zlokalizowanego w PAS do tworzenia pęcherzyków Cvt, które następnie łączą się z wakuolą, dostarczając hydrolazy niezbędne do degradacji.
Modyfikacja potranslacyjna i cykl regulacyjny
Atg8 istnieje w postaci cytoplazmatycznej i związanej z błoną. Asocjację błony uzyskuje się przez sprzęganie Atg8 z fosfatydyloetanoloaminą (PE), która jest lipidowym składnikiem błon plazmatycznych. Ten proces modyfikacji potranslacyjnej, zwany lipidacją, przeprowadzany jest przez układ koniugacyjny Atg8 obejmujący proteazę cysteinową ATG4 (należącą do rodziny kaspaz), a także białka ATG7 , ATG3 i kompleks ATG5 - ATG12 .
System koniugacji Atg8 działa analogicznie do systemu ubikwitynacji . Jednak to sam Atg8 reprezentuje białko podobne do ubikwityny (Ubl) przenoszone do PE, podczas gdy ATG7 działa jak enzym E1, ATG3 jak enzym E2, a kompleks ATG12-ATG5 jak ligaza E3 .
Proces lipidacji jest inicjowany przez zależne od ATG4 potranslacyjne rozszczepienie ostatniej C-końcowej reszty aminokwasowej Atg8. Po rozszczepieniu Atg8 odsłania C-końcową resztę glicyny (Gly 116), z którą można następnie sprzęgać PE podczas kolejnych etapów. W pierwszym etapie reszta Gly116 Atg8 wiąże się z resztą cysteiny ATG7 poprzez wiązanie tioestrowe w sposób zależny od ATP. Podczas drugiego etapu Atg8 jest przenoszony do Atg3 przy założeniu tego samego rodzaju wiązania tioestrowego. Na koniec Atg8 jest odłączany od Atg3 i sprzęgany z aminową grupą czołową PE poprzez wiązanie amidowe. Stwierdzono, że ten ostatni etap jest ułatwiony i stymulowany przez ATG5 - ATG12 .
Oba białka, Atg5 i Atg12, zostały pierwotnie zidentyfikowane jako część innego układu koniugującego Ubl, który promuje koniugację ATG12 z ATG5 poprzez ATG7 i Atg10. Oznacza to, że ATG12 i Atg8 są w rzeczywistości współzależne.
homologi ssaków
U wyższych eukariontów Atg8 nie jest kodowany przez pojedynczy gen, jak u drożdży, ale pochodzi z rodziny wielogenowej. Cztery z jego homologów zidentyfikowano już w komórkach ssaków.
Jednym z nich jest LC3 ( MAP1LC3A ), lekki łańcuch białka związanego z mikrotubulami 1 Podobnie jak Atg8, LC3 musi zostać rozszczepiony proteolitycznie i lipidowany, aby przekształcić się w jego aktywną postać, która może zlokalizować się w błonie autofagosomalnej. Podobnie jak w drożdżach, proces aktywacji LC3 jest wyzwalany przez wyczerpanie składników odżywczych, a także w odpowiedzi na hormony.
Izoformy LC3 ssaków zawierają konserwowany Ser/Thr12, który jest fosforylowany przez kinazę białkową A w celu stłumienia udziału w autofagii/mitofagii.
Innymi homologami są czynnik transportowy GATE-16 (wzmacniacz ATPazy związany z aparatem Golgiego o masie 16 kDa), który odgrywa ważną rolę w transporcie pęcherzykowym wewnątrz aparatu Golgiego poprzez stymulację NSF ( czynnik wrażliwy na N-etylomaleimid) ATPazy i interakcję z aparatem Golgiego v- SNARE GOS-28 oraz GABARAP (białko związane z receptorem kwasu γ-aminomasłowego typu A), który ułatwia grupowanie receptorów GABAA w połączeniu z mikrotubulami.
Wszystkie trzy białka charakteryzują się procesami aktywacji proteolitycznej, w wyniku których ulegają lipidacji i są zlokalizowane w błonie plazmatycznej. Jednak dla GATE-16 i GABARAP asocjacja błonowa wydaje się możliwa nawet dla form nielipidowanych. Oprócz LC3, GABARAP i GATE-16, najnowszym, ale słabiej scharakteryzowanym homologiem ssaków jest ATGL8. Niewiele wiadomo na temat jego faktycznego procesu aktywacji, z wyjątkiem interakcji z jednym z homologów ATG4 ssaków, hATG4A .