自噬过程中的不同阶段(1)未受诱导细胞(2)自噬诱导及吞噬泡形成(3)自噬完成及(4)与溶酶体融合。1、诱导与吞噬泡形成:为应对多种刺激,通过形成一种独特的平整细胞膜(吞噬泡)诱导自噬。上述过程需要两种蛋白质复合物参与其中,负责调控自噬体形成。2、自噬体延伸与形成:吞噬泡的延伸会导致形成自噬体,一般为双层膜细胞器。此步骤为简单隔离步骤,其中不发生降解。自噬体内外表面均存在LC3B-II。在自噬过程中,LC3的合成与加工均有所增加,且可将其作为标记物监控细胞内自噬水平。3、融合、降解与回收:完全形成的自噬体与溶酶体在细胞内相融合。自噬体-溶酶体的融合机制与同质性液泡膜融合机制相同。4、对囊泡内物质的降解依赖一系列溶酶体/液泡内酸性水解酶完成。由降解产生的小分子,特别是氨基酸,会被重新转运至细胞质内用于蛋白质合成与细胞功能维护。自噬在细菌与病原体入侵时产生的免疫防御中起到关键作用。黑龙江GFP-LC3单荧光自噬
细胞经诱导或阻止后,需对自噬过程进行观察和检测,常用的策略和技术有:1、利用WesternBlot检测LC3-II/I比值的变化以评价自噬形成自噬形成时,胞浆型LC3(即LC3-I)会酶解掉一小段多肽,转变为(自噬体)膜型(即LC3-II),因此,LC3-II/I比值的大小可估计自噬水平的高低。(注意:LC3抗体对LC3-II有更高的亲和力,会造成假阳性。方法2和3需结合使用,同时需考虑溶酶体活性的影响。)2、检测长寿蛋白的批量降解:非特异。3、MDC(Monodansylcadaverine,单丹磺酰尸胺)染色:包括自噬体,所有酸性液泡都被染色,故属于非特异性的。4、CellTrackerTMGreen染色:主要用于双染色,但其能染所有的液泡,故也属于非特异性的。黑龙江GFP-LC3单荧光自噬对不同的细胞,自噬的作用可能不同。
选择性自噬是真核生物体内清理蛋白、受损细胞器和外源微生物的基础生理过程。而蛋白的翻译后修饰,特别是泛素化修饰能够作为选择性自噬中的底物识别的重要信号。崔隽教授课题组发现选择性自噬参与调控非经典NF-kB信号通路的重要过程。选择性自噬中的货物受体p62通过识别p52/p100的N端上的K63泛素化链进而促使p52/p100发生自噬降解,阻止非经典NF-kB信号通路。有趣的是,已有报道认为p100C端的K48泛素化链是蛋白酶体降解信号。而崔隽教授课题组发现的K63泛素化链修饰并非大家所熟知的蛋白降解信号,但却能被自噬货物受体p62识别并介导蛋白降解,进而调控底物功能,影响生理与疾病进程。相同的细胞在不同的外部因素作用时,自噬的作用可能不同。
自噬双标系统的工作原理为:未发生自噬的细胞及含有自噬体的细胞中,由于mCherry与GFP共同表达,细胞呈现黄色荧光。当自噬体与溶酶体融合形成自噬溶酶体后,酸性的溶酶体环境使酸敏感的GFP荧光淬灭,而mCherry不受影响,进而使自噬溶酶体呈现红色荧光。因此,红色荧光可指示自噬溶酶体形成的顺利程度。红色荧光越多,绿色荧光越少,则从自噬体到自噬溶酶体阶段流通得越顺畅。反之,自噬体和溶酶体融合被阻止,自噬溶酶体进程受阻。目前已有多份研究表明自噬在许多细胞的分化进程中被不同程度地唤醒。
自噬既能阻止也能促进细胞凋亡,两种反应在生物体内普遍存在。在营养缺乏时,自噬反应作为一个细胞的促活反应机制存在,但是过量的自噬反应也会导致细胞死亡,但由自噬导致的细胞死亡与细胞凋亡在形态学上有明显的不同。几种促凋亡信号因子,如TNF,TRAIL,andFADD也会诱导自噬的反应发生。此外,Bcl-2也是自噬反应重要的调节因子,其为凋亡阻止蛋白,通过与Beclin-1结合形成复合物,来阻止由Beclin-1诱导的细胞自噬。线粒体自噬属于选择性自噬,其主要作用是降解细胞中损伤以及不需要的线粒体。当线粒体损伤之后,在正常的线粒体中持续被降解的PINK蛋白(PARL促进此反应)会处于稳定状态,再通过E3连接酶Parkin的作用来诱导线粒体自噬。Parkin会诱导线粒体膜蛋白的聚泛素化,由此导致与LC3结合的自噬受体蛋白的SQSTM1/p62,NBR1,andAmbra1聚集。此外,在特定的细胞类型中,同样存在LC3结合区域(LIR)的BNIP3和BNIP3L/NIX直接通过泛素依赖型反应机制也会聚集自噬反应的相关因子,进而促进自噬体的形成。自噬是细胞蛋白降解的机制之一。黑龙江GFP-LC3单荧光自噬
自噬体形成依赖于一系列ATG蛋白在蛋白泛素化过程中的共价结合。黑龙江GFP-LC3单荧光自噬
在荧光显微镜下采用GFP-LC3单荧光体系/mRFP-GFP-LC3双荧光体系等融合蛋白来示踪自噬形成:GFP-LC3单荧光自噬指示体系:利用LC3在自噬形成过程中发生聚集的原理,开发出GFP-LC3指示技术:无自噬时,GFP-LC3融合蛋白弥散在胞浆中;自噬形成时,GFP-LC3融合蛋白转位至自噬体膜,在荧光显微镜下形成多个明亮的绿色荧光斑点,一个斑点相当于一个自噬体,可以通过计数来评价自噬活性的高低。但是绿色斑点增多并不一定表示自噬活性增强,也有可能是自噬溶酶体降解途径受阻,可以通过westernblot检测游离的GFP、p62来验证。黑龙江GFP-LC3单荧光自噬
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