自噬受体蛋白Optineurin与TBK1激酶相互作用的机制研究文献综述

 2023-01-11 16:43:54

文献综述:

先天免疫又称非特异性免疫。它和特异性免疫一样都是人类在漫长进化过程中获得的一种遗传特性,但是非特异性免疫是人一生下来就具有,而特异性免疫需要经历一个过程才能获得。先天免疫对各种入侵的病原微生物能快速反应。先天免疫系统包括:组织屏障(皮肤和黏膜系统、血脑屏障、胎盘屏障等);固有免疫细胞(吞噬细胞、杀伤细胞、树突状细胞等);先天免疫分子(补体、细胞因子、酶类物质等)。

细胞自噬是真核生物中进化保守的对细胞内物质进行周转的重要过程。该过程中一些损坏的蛋白或细胞器被双层膜结构的自噬小泡包裹后,送入溶酶体(动物)或液泡(酵母和植物)中进行降解并得以循环利用。细胞自噬主要有三种形式:微自噬、巨自噬和分子伴侣介导的自噬。其中与先天免疫非常相关的细胞自噬是细胞巨自噬,细胞巨自噬是细胞内一个高度受调控的,通过溶酶体来降解异常蛋白聚集体、受损细胞器、入侵病原体等组分以应对各种内外界细胞压力,并维持细胞动态平衡的分解代谢过程并且是提供物质循环利用和能量供应的主要途径。

细胞自噬参与了诸如细胞生长、发育、衰老等众多生理过程,并且作为先天免疫系统的一部分在抵御病原体入侵过程中起着重要的作用。此外细胞自噬通路的功能异常与大量的人类疾病相关联,如神经退行性、感染、癌症等。在其过程中,底物蛋白或病原体被一种双层膜的结构(粗面内质网的无核糖体附着区脱落的双层膜)包裹后形成直径约400~900纳米大小的自噬小泡(autophagosome),接着自噬小泡的外膜与溶酶体膜或者液泡膜融合,释放包裹底物蛋白的泡状结构到溶酶体或者液泡中,并最终在一系列溶酶体水解酶的作用下将其降解。

近期的研究表明,这些需降解组分是被特异性地包裹到自噬体中,如入侵病原体。这种特异性的细胞自噬过程表明细胞自噬途径并不是单一的无选择性过程,而是具有高度选择性的过程。在此类具有选择性的自噬过程中,有一类被称为自噬受体的蛋白发挥着举足轻重的作用。目前在哺乳动物细胞中已发现的自噬受体蛋白,如P62、NDP52、TAX1BP1、Optineurin、NBR1、Nix、FUNDC1、STBD1等,都含有一个可以与ATG8家族蛋白(自噬体膜标记蛋白,哺乳动物细胞中有LC3A、LC3B、LC3C、GABARAP、GABARAP1、GABARAP2六个成员)相互作用的LIR基序和一个特异性结合目标底物的结构区域,如可以识别泛素化目标底物的UBA结构域,因此其可以同时识别结合ATG8家族蛋白和目标底物。因为脂质(PE)修饰后的ATG8家族蛋白会粘附在自噬隔离双层膜上,因此这些自噬受体蛋白可以作为一个桥联蛋白把相关底物与隔离双层膜结构联系起来,从而介导底物的选择性自噬过程。Optineurin(OPTN)作为一种自噬受体蛋白,参与清除蛋白聚集体和入侵病原体的选择性细胞自噬过程,其在选择性自噬清除胞浆中入侵的沙门氏菌过程中扮演着重要的角色。OPTN通过LIR结构域(包含在许多自噬受体蛋白上的区域)与Atg8蛋白相互作用。在与Atg8相互作用的同时,OPTN结合被标记组分的泛素化链。这些特征允许OPTN去识别被泛素化的病原体,并引发相应的细胞自噬机制。有趣的是,人们发现Optineurin的LIR基序与ATG8家族蛋白之间的相互作用可以被TBK1激酶所调控,TBK1激酶可直接磷酸化与LIR基序相邻的丝氨酸,增强Optineurin和ATG8家族蛋白间的相互作用,从而使Optineurin能更有效地参与入侵沙门氏菌的自噬清除过程。

细胞自噬作为抵御大量病原体入侵的途径,它主要是通过两个通路进行,一种是病原体的直接降解,另一种是通过主要组织相容性复合体传递抗原并暴露出抗原。大量的证据显示后者是由先天免疫系统机制调节。其中包括TLRs(Toll-likereceptor,Nods和Nod-like受体),这些都是识别病原体的受体蛋白。在受到细菌LPS刺激后,吞噬体膜蛋白TLR和Fcgamma;激活NADPH的氧化酶NOX2来氧化NADPH,来诱导自噬机制。而且,TLR4(一种特异的LPS受体)介导下游的效应因子如TRIF,RIP1和p38分裂素活化蛋白激酶来参与细菌诱导的细胞自噬。而Nod2和Nod1通过与自噬因子Atg16L相互作用来激活细胞自噬。这个相互作用有利于自噬体的形成,并为细胞自噬和先天免疫系统提供直接的联系。

TBK1是IKK系列的一种激酶,参与TLRs先天免疫系统的后续步骤。TBK1主要参与两个信号通路,一个是增加细胞因子IFN的产生,另一方面是帮助NF-kappa;B转移到细胞核中。NF-kappa;B主要受一个由两个IKK蛋白和一个叫做NEMO蛋白组成的蛋白复合物和另一个由TBK1调节的蛋白复合物调节。此外据报道,自噬受体NDP52与泛素化的病原体相连,并将TBK1靶向到入侵病原体的部位。而TBK1能与OPTN相互作用。显示NDP52能与OPTN共同介导病原体的细胞自噬过程。

此外,OPTN的基因突变也与青光眼、佩吉特骨病、肌萎缩侧索硬化症(Amyotrophiclateralsclerosis)等人类疾病相关联,但目前绝大部分基因突变引起的致病机理仍然未知,过去的研究表明Optineurin蛋白N-端的Coiled-coil结构域可以介导其与TBK1激酶之间的相互作用,同时此区间中的基因突变也与原发性开角型青光眼疾病的发生相关联,如E50K和M98K错义突变,但具体结构层面的相互作用机制以及基因突变导致的致病机理还有待进一步的研究去阐明。

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