Atg1

AuTophaGy related 1 (Atg1) представляет собой серин / треониновую киназу 101,7 кДа в S.cerevisiae , кодируемую геном ATG1. ^[1] Это важно для начального строительства аутофагосом и пузырьков Cvt . В не-киназной роли он - посредством образования комплекса с Atg13 и Atg17 - напрямую контролируется киназой TOR , датчиком доступности питательных веществ.

Введение [ править ]

Atg1 может ассоциироваться с рядом др. Белков семейства Atg с образованием комплекса, который функционирует в образовании аутофагосом или везикул Cvt. Инициирование аутофагии включает построение преаутофагосомальной структуры (PAS). Большинство белков Atg накапливаются в PAS и генерируют либо везикулы Cvt при нормальных условиях роста, либо аутофагосомы при голодании. ^[2] На сегодняшний день существует 31 ген ATG, которые можно разделить на несколько различных групп в соответствии с их функциями на разных этапах пути. 17 из этих генов работают только в пути Cvt.

Структура [ править ]

Ген Atg1 расположен на VII хромосоме S. cerevisiae . Кодируемый белок с массой 101,7 кДа имеет длину 897 аминокислот и включает домен серин / треонинкиназы белка из 302 аминокислот на своем N-конце. На С-конце находится участок длиной 7 аминокислот, который необходим для транспортировки Cvt. Белок также посттрансляционно модифицируется посредством фосфорилирования по крайней мере 9 остатков серина ^[3]. До сих пор кристаллическая структура Atg1 не была создана.

Функция [ править ]

Atg1 выполняет две различные функции у дрожжей (для высших эукариот см. Ниже): независимое от киназы рекрутирование нижестоящих белков Atg (т.е. организация PAS) и зависимая от киназы функция в образовании аутофагосом, вероятно, опосредованная фосфорилированием нижележащих субстратов.

Партнеры по взаимодействию [ править ]

Обзор взаимодействия партнеров Atg1 в аутофагии и Cvt

Было показано, что Atg1 взаимодействует по крайней мере с шестью другими белками Atg, а именно с Atg 29, 31, 11, 20 и 24. Было показано, что из всех них Atg13 играет роль как в аутофагии, так и в функциях Cvt; Atg17, 29 и 31 выполняют функции только в аутофагии ^[4]^[5]^[6], тогда как Atg11, 20 и 24 принимают участие только в пути Cvt. ^[7]^[8] На основании данных о двугибридности дрожжей и аффинного выделения, Atg1 находится в комплексе с Atg13 и Atg17. ^[9] Наблюдение, что Atg17 взаимодействует с Atg13 в отсутствие Atg1, но не наоборот, предполагает, что Atg13 обеспечивает взаимодействие между Atg1 и Atg17.

Регламент [ править ]

Регулирование комплекса Atg1 с помощью TOR в условиях питания (нормальный рост) и голодания (аутофагия).

Механизм аутофагии активируется несколькими стимулами, такими как голодание по питательным веществам, инфекция, механизм восстановления или запрограммированная гибель клеток . Роль Atg1 и его регуляция лучше всего изучена в условиях нехватки питательных веществ и соответствующей остановки роста. Ключевым ферментом в сигнальном пути доступности питательных веществ является TOR., из которых две изоформы существуют в дрожжах (Tor1 и Tor2). Эти белки образуют два различных комплекса, называемых TORC1 и TORC2, из которых TORC1 очень чувствителен к условиям клеточного питания. В условиях, богатых питательными веществами, TORC1 активен и фосфорилирует Atg13 по множеству сайтов, тем самым ингибируя образование комплекса с Atg1. Это приводит к снижению активности киназы Atg1 и снижению аутофагии. При голодании Atg13 быстро дефосфорилируется и образует комплекс с Atg1, тем самым активируя его, что приводит к последующей сборке PAS посредством рекрутирования других белков Atg.

Молекулярный механизм регуляции комплекса Atg1 путем фосфорилирования Atg13 через киназу TOR в условиях, богатых питательными веществами.

Помимо TORC1, протеинкиназа A (PKA) ингибирует аутофагию за счет фосфорилирования Atg1 и Atg13. PKA фосфорилирует Atg1 по двум отдельным сериновым остаткам; эти модификации, как было показано, необходимы для того, чтобы Atg1 должным образом диссоциировал от PAS. ^[10] Нижележащий субстрат киназы Atg1 еще не описан, и все еще остается предметом споров относительно того, действует ли Atg1 в первую очередь на аутофагию через свою киназную активность или через структурную роль во время образования аутофагических комплексов. Возможно, что киназная активность Atg1 имеет решающее значение для величины аутофагии, но не для ее инициации. По крайней мере, крупномасштабные экраны привели к списку кандидатов возможных субстратов Atg1, включая Atg8 и Atg18. ^[11]В заключение, Atg1 сначала выполняет структурную или поддерживающую функцию во время начальных шагов установки PAS, за которой затем следует киназозависимая фаза, которая содержит динамику белка в PAS. ^[12]

Гомологи [ править ]

Существует много доказательств того, что гомологи Atg1 от других многоклеточных организмов также необходимы для аутофагии, но недавние работы, однако, также показали, что существуют различия и дополнительные функции по сравнению с моделью дрожжей.

Caenorhabditis elegans [ править ]

Соответствующий гомолог Atg1 у C. elegans - unc-51 (uncoordinated-51). Unc-51 также участвует в правильном управлении аксонами и в развитии нейронов. ^[13]

Drosophila melanogaster [ править ]

Гомолог Atg1 у D. melanogaster также важен для нервного развития ^[14] и переноса нейронов. Кроме того, существует механизм обратной связи для TOR, который может ингибировать функцию TOR, которая фактически находится выше Atg1. ^[15] Atg1 и Atg13 всегда находятся в одном комплексе у D.melanogaster и позвоночных. У D.melanogaster Atg13 фосфорилируется при голодании, что совершенно противоположно модели дрожжей.

Позвоночные [ править ]

На сегодняшний день существует пять потенциальных ортологов Atg1 у позвоночных. Сообщалось, что ULK1 и ULK2 (unc-51-подобная киназа) имеют дополнительную функцию в развитии нейронов, например, регуляцию роста нейронов мыши. ^[16] ULK1 и 2 также показывают отрицательную обратную связь с mTOR.

Ссылки [ править ]

^ "Обзор ATG1" . YeastGenome.org . Проверено 4 января 2012 года .
↑ Mizushima N (январь 2010 г.). «Роль комплекса Atg1 / ULK1 в регуляции аутофагии». Curr Opin Cell Biol . 22 (2): 132–139. DOI : 10.1016 / j.ceb.2009.12.004 . PMID 20056399 .
^ "UniProt P53104 (ATG1_YEAST)" . UniProtKB . 2 марта 2010 . Проверено 17 марта 2010 года .
^ Кавамата Т., Камада Ю., Сузуки К. и др. (Декабрь 2005 г.). «Характеристика нового гена, специфичного для аутофагии, ATG29». Биохим. Биофиз. Res. Commun . 338 (4): 1884–9. DOI : 10.1016 / j.bbrc.2005.10.163 . PMID 16289106 .
^ Kabeya Y, Кавамате T, Suzuki K, Осуй Y (май 2007). «Cis1 / Atg31 необходим для образования аутофагосом у Saccharomyces cerevisiae». Биохим. Биофиз. Res. Commun . 356 (2): 405–10. DOI : 10.1016 / j.bbrc.2007.02.150 . PMID 17362880 .
^ Кавамате T, Камада Y, Kabeya Y, Сэкит T, Осуй Y (май 2008). «Организация преаутофагосомной структуры, ответственной за образование аутофагосом» . Мол. Биол. Cell . 19 (5): 2039–50. DOI : 10,1091 / mbc.E07-10-1048 . PMC 2366851 . PMID 18287526 .
^ Ким Дж, Камада Y, Stromhaug PE и др. (Апрель 2001 г.). «Cvt9 / Gsa9 функционирует в секвестре селективного цитозольного груза, предназначенного для вакуоли» . J. Cell Biol . 153 (2): 381–96. DOI : 10.1083 / jcb.153.2.381 . PMC 2169458 . PMID 11309418 .
^ Nice DC, Сато TK, Stromhaug PE, Emr SD, Клионский DJ (август 2002). «Совместное связывание цитоплазмы с белками пути нацеливания на вакуоль, Cvt13 и Cvt20, с фосфатидилинозитол-3-фосфатом в преаутофагосомной структуре необходимо для избирательной аутофагии» . J. Biol. Chem . 277 (33): 30198–207. DOI : 10.1074 / jbc.M204736200 . PMC 2754692 . PMID 12048214 .
^ Kabeya Y, Y Камаду, Баба М, Такикав H, Sasaki M, Осуй Y (май 2005). «Atg17 функционирует совместно с Atg1 и Atg13 в аутофагии дрожжей» . Мол. Биол. Cell . 16 (5): 2544–53. DOI : 10,1091 / mbc.E04-08-0669 . PMC 1087256 . PMID 15743910 . Камада Ю., Фунакоши Т., Синтани Т., Нагано К., Осуми М., Осуми И. (сентябрь 2000 г.). «Tor-опосредованная индукция аутофагии посредством комплекса протеинкиназы Apg1» . J. Cell Biol . 150 (6): 1507–13. DOI : 10,1083 / jcb.150.6.1507 . PMC 2150712 . PMID 10995454 .
^ Budovskaya Ю.В., Stephan JS, Deminoff SJ, Герман PK (сентябрь 2005). «Подход эволюционной протеомики определяет субстраты цАМФ-зависимой протеинкиназы» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 102 (39): 13933–8. DOI : 10.1073 / pnas.0501046102 . PMC 1236527 . PMID 16172400 .
^ Птачек Дж, Девган Дж, Мишо Дж и др. (Декабрь 2005 г.). «Глобальный анализ фосфорилирования белков в дрожжах» (PDF) . Природа . 438 (7068): 679–84. DOI : 10,1038 / природа04187 . PMID 16319894 .
↑ Chan EY, Tooze SA (август 2009 г.). «Эволюция функции и регуляции Atg1» . Аутофагия . 5 (6): 758–65. DOI : 10,4161 / auto.8709 . PMID 19411825 .
^ Ogura K, Wicky C, Magnenat L и др. (Октябрь 1994 г.). «Ген unc-51 Caenorhabditis elegans, необходимый для удлинения аксонов, кодирует новую серин / треонинкиназу» . Genes Dev . 8 (20): 2389–400. DOI : 10,1101 / gad.8.20.2389 . PMID 7958904 .
^ Тода Х, Мотидзуки Х, Флорес Р. и др. (Декабрь 2008 г.). «Киназа UNC-51 / ATG1 регулирует аксональный транспорт, опосредуя сборку грузовых автомобилей» . Genes Dev . 22 (23): 3292–307. DOI : 10,1101 / gad.1734608 . PMC 2600757 . PMID 19056884 .
^ Scott RC, Юхас G, Нойфельд TP (январь 2007). «Прямая индукция аутофагии с помощью Atg1 подавляет рост клеток и вызывает апоптотическую гибель клеток» . Curr. Биол . 17 (1): 1–11. DOI : 10.1016 / j.cub.2006.10.053 . PMC 1865528 . PMID 17208179 .
^ Tomoda T, Бхатт RS, Kuroyanagi H, Shirasawa T, Hatten ME (декабрь 1999). «Мышиная серин / треонинкиназа, гомологичная UNC51 C. elegans, функционирует в параллельном формировании волокон нейронов гранул мозжечка». Нейрон . 24 (4): 833–46. DOI : 10.1016 / S0896-6273 (00) 81031-4 . PMID 10624947 .

[1] "Обзор ATG1" . YeastGenome.org . Проверено 4 января 2012 года .

[pmid20056399-2] Mizushima N (январь 2010 г.). «Роль комплекса Atg1 / ULK1 в регуляции аутофагии». Curr Opin Cell Biol . 22 (2): 132–139. DOI : 10.1016 / j.ceb.2009.12.004 . PMID 20056399 .

[3] "UniProt P53104 (ATG1_YEAST)" . UniProtKB . 2 марта 2010 . Проверено 17 марта 2010 года .

[4] Кавамата Т., Камада Ю., Сузуки К. и др. (Декабрь 2005 г.). «Характеристика нового гена, специфичного для аутофагии, ATG29». Биохим. Биофиз. Res. Commun . 338 (4): 1884–9. DOI : 10.1016 / j.bbrc.2005.10.163 . PMID 16289106 .

[5] Kabeya Y, Кавамате T, Suzuki K, Осуй Y (май 2007). «Cis1 / Atg31 необходим для образования аутофагосом у Saccharomyces cerevisiae». Биохим. Биофиз. Res. Commun . 356 (2): 405–10. DOI : 10.1016 / j.bbrc.2007.02.150 . PMID 17362880 .

[6] Кавамате T, Камада Y, Kabeya Y, Сэкит T, Осуй Y (май 2008). «Организация преаутофагосомной структуры, ответственной за образование аутофагосом» . Мол. Биол. Cell . 19 (5): 2039–50. DOI : 10,1091 / mbc.E07-10-1048 . PMC 2366851 . PMID 18287526 .

[7] Ким Дж, Камада Y, Stromhaug PE и др. (Апрель 2001 г.). «Cvt9 / Gsa9 функционирует в секвестре селективного цитозольного груза, предназначенного для вакуоли» . J. Cell Biol . 153 (2): 381–96. DOI : 10.1083 / jcb.153.2.381 . PMC 2169458 . PMID 11309418 .

[8] Nice DC, Сато TK, Stromhaug PE, Emr SD, Клионский DJ (август 2002). «Совместное связывание цитоплазмы с белками пути нацеливания на вакуоль, Cvt13 и Cvt20, с фосфатидилинозитол-3-фосфатом в преаутофагосомной структуре необходимо для избирательной аутофагии» . J. Biol. Chem . 277 (33): 30198–207. DOI : 10.1074 / jbc.M204736200 . PMC 2754692 . PMID 12048214 .

[9] Kabeya Y, Y Камаду, Баба М, Такикав H, Sasaki M, Осуй Y (май 2005). «Atg17 функционирует совместно с Atg1 и Atg13 в аутофагии дрожжей» . Мол. Биол. Cell . 16 (5): 2544–53. DOI : 10,1091 / mbc.E04-08-0669 . PMC 1087256 . PMID 15743910 . Камада Ю., Фунакоши Т., Синтани Т., Нагано К., Осуми М., Осуми И. (сентябрь 2000 г.). «Tor-опосредованная индукция аутофагии посредством комплекса протеинкиназы Apg1» . J. Cell Biol . 150 (6): 1507–13. DOI : 10,1083 / jcb.150.6.1507 . PMC 2150712 . PMID 10995454 .

[10] Budovskaya Ю.В., Stephan JS, Deminoff SJ, Герман PK (сентябрь 2005). «Подход эволюционной протеомики определяет субстраты цАМФ-зависимой протеинкиназы» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 102 (39): 13933–8. DOI : 10.1073 / pnas.0501046102 . PMC 1236527 . PMID 16172400 .

[11] Птачек Дж, Девган Дж, Мишо Дж и др. (Декабрь 2005 г.). «Глобальный анализ фосфорилирования белков в дрожжах» (PDF) . Природа . 438 (7068): 679–84. DOI : 10,1038 / природа04187 . PMID 16319894 .

[12] Chan EY, Tooze SA (август 2009 г.). «Эволюция функции и регуляции Atg1» . Аутофагия . 5 (6): 758–65. DOI : 10,4161 / auto.8709 . PMID 19411825 .

[13] Ogura K, Wicky C, Magnenat L и др. (Октябрь 1994 г.). «Ген unc-51 Caenorhabditis elegans, необходимый для удлинения аксонов, кодирует новую серин / треонинкиназу» . Genes Dev . 8 (20): 2389–400. DOI : 10,1101 / gad.8.20.2389 . PMID 7958904 .

[14] Тода Х, Мотидзуки Х, Флорес Р. и др. (Декабрь 2008 г.). «Киназа UNC-51 / ATG1 регулирует аксональный транспорт, опосредуя сборку грузовых автомобилей» . Genes Dev . 22 (23): 3292–307. DOI : 10,1101 / gad.1734608 . PMC 2600757 . PMID 19056884 .

[15] Scott RC, Юхас G, Нойфельд TP (январь 2007). «Прямая индукция аутофагии с помощью Atg1 подавляет рост клеток и вызывает апоптотическую гибель клеток» . Curr. Биол . 17 (1): 1–11. DOI : 10.1016 / j.cub.2006.10.053 . PMC 1865528 . PMID 17208179 .

[16] Tomoda T, Бхатт RS, Kuroyanagi H, Shirasawa T, Hatten ME (декабрь 1999). «Мышиная серин / треонинкиназа, гомологичная UNC51 C. elegans, функционирует в параллельном формировании волокон нейронов гранул мозжечка». Нейрон . 24 (4): 833–46. DOI : 10.1016 / S0896-6273 (00) 81031-4 . PMID 10624947 .

[1]