Rolul emergent al autofagiei în bolile hepatice alcoolice

Abstract

Autofagia este o cale catabolică intracelulară extrem de conservată care degradează proteinele și organitele celulare de lungă durată. Autofagia este activată în mod normal ca răspuns la lipsa de nutrienți și alte stresuri ca mecanism de supraviețuire celulară. Dovezile acumulate indică faptul că autofagia joacă un rol critic în fiziopatologia ficatului, pe lângă menținerea echilibrului energetic hepatic și al nutrienților. Consumul de alcool provoacă modificări metabolice hepatice, stres oxidativ, acumularea de picături lipidice și mitocondrii deteriorate, toate acestea pot fi reglate de autofagie. Această revizuire rezumă concluziile recente despre rolul și mecanismele autofagiei în boala hepatică alcoolică și posibila intervenție pentru tratarea bolilor hepatice alcoolice prin modularea autofagiei.

Introducere

Autofagia este activată ca răspuns la medii adverse, cum ar fi privarea de nutrienți sau factorii de creștere, ca mecanism de supraviețuire 4-7. Este o cale de degradare intracelulară foarte conservată prin care citoplasma în vrac și organitelele de prisos sau deteriorate sunt învelite de structuri cu membrană dublă numite autofagozomi 4-7. Conținutul autofagozomilor este degradat după fuziunea cu lizozomii, care sunt numiți apoi autolizozomi. Cu toate acestea, autofagia poate apărea și în condiții bazale, care se numește autofagie bazală. În plus față de rolul său în menținerea homeostaziei celulare, autofagia joacă, de asemenea, un rol în dezvoltarea 8, apărarea împotriva infecțiilor microbiene 9 și eliminarea proteinelor pliate greșit. Prin urmare, disfuncția autofagiei poate duce la patogeneza numeroaselor boli umane, inclusiv cancer, boli neurodegenerative, diabet, boli infecțioase și atrofie musculară 10, 11 .

Consumul și abuzul de alcool sunt cauzele majore ale bolilor hepatice, care reprezintă o problemă majoră de sănătate în Statele Unite. Consumul excesiv de alcool induce schimbări metabolice dramatice, leziuni mitocondriale, perturbarea homeostaziei lipidelor, stresul oxidativ și moartea celulară în hepatocite. Toate acestea pot fi reglementate de autofagie. În această revizuire, vom rezuma rolul emergent al autofagiei în boala hepatică alcoolică.

Mașini autofagice

Până în prezent, peste 30 de gene diferite legate de autofagie (Atg) au fost identificate în drojdie și majoritatea au omologi de mamifere care participă la autofagie sau la un proces legat de autofagie 12. S-a găsit că mai mulți complexe multi-moleculare contribuie la formarea autofagozomilor, inclusiv: (1) complex proteină-kinază ULK1, (2) complex VPS34-Beclin1 clasa III PI3-kinază, (3) complex Atg9-Atg2-Atg18 și (4) )) sistemele de conjugare Atg5-Atg12-Atg16 și Atg8/LC3 (Figura 1).

emergent

Autofagia implică formarea de autofagozomi cu membrană dublă care se fuzionează cu lizozomii pentru a forma autolizozomi pentru degradarea proteinelor intracelulare și a organelor. Pentru autofagie sunt necesare cel puțin patru grupe funcționale importante de proteine ​​Atg: (1) complexul protein-kinază ULK1 și (2) complexul VPS34-Beclin 1 clasa III PI3-kinază reglează inițierea autofagiei, (3) complexul Atg9-Atg2-Atg18 reglează expansiunea PAS prin transportarea lipidelor și (4) sistemele de conjugare Atg5-Atg12-Atg16 și LC3 reglează alungirea membranelor autofagozomice. LC3 conjugat cu fosfatidiletanolamină (PE) (denumit LC3-II) rămâne pe membranele de izolare și membranele autofagozomului, în timp ce complexul Atg12-Atg5-Atg16 se asociază temporar cu membranele de izolare și se disociază de membranele autofagozomului. Odată ce autofagozomii se fuzionează cu lizozomii pentru a forma autolizozomi, membrana interioară LC3-II este degradată de enzimele lizozomale, în timp ce membrana exterioară LC3-II este deconjugată și reciclată de Atg4. De asemenea, sunt evidențiați inhibitori ai autofagiei farmacologice, cum ar fi 3-metiladenina (3-MA) ​​și clorochina. Pentru mai multe detalii, consultați textul.

Complexul ULK din celulele mamiferelor este compus din ULK1 (care este un omolog de drojdie Atg1), FIP200 (o moleculă asemănătoare drojdiei Atg17), Atg13 și Atg101 13-15. Acest complex este localizat în principal în citosol și se asociază cu membrana de izolare a autofagiei la inducerea autofagiei pentru a regla stadiul incipient al formării autofagozomilor. Acest complex funcționează, de asemenea, în aval de mTOR și servește ca senzor celular pentru starea nutrienților pentru a iniția autofagia prin recrutarea proteinelor autofagice din aval către autofagozomi. În timpul înfometării sau al tratamentului cu rapamicină, mTOR este suprimat, ceea ce duce la defosforilarea ULK1. ULK1 este o protein kinază serină/treonină și defosforilată ULK1 este activă enzimatic, conducând la fosforilarea Atg13 și FIP200 15. Activitatea kinazică a ULK1 este considerată a fi importantă pentru recrutarea altor proteine ​​Atg din aval, cum ar fi Atg16L și formarea ulterioară a autofagozomilor 16 .

Atg6 și omologul său la mamifere, Beclin 1, sunt importante pentru inițierea și reglarea autofagiei 17. Beclin 1/Atg6 formează un complex cu VPS34, VPS15 și Atg14. VPS34 este o PI-3-kinază de clasa III care acționează ca un regulator esențial al autofagiei prin producerea de fosfatidilinozitol-3-fosfat (PI-3-P). Activitatea VPS34 este reglementată de complexul Beclin 1/Atg6. Bcl-2 și Bcl-xL interacționează cu Beclin1 pentru a menține autofagia sub control prin disocierea interacțiunii Beclin 1 și VPS34. Beclin 1 se leagă, de asemenea, de alte câteva proteine ​​care induc autofagia, inclusiv ambra-1 18 și UVRAG 19. Bif-1/endofilina B1 interacționează cu Beclin 1 prin UVRAG acționând ca un regulator asupra complexului Atg6-VPS34 20. Rubiconul (Run protein protein as Beclin 1 interacting and cysteine-bogat care conține) interacționează cu VPS34 și acționează ca un regulator negativ al autofagiei 21, 22. 3-metiladenina (3MA), un inhibitor de autofagie utilizat pe scară largă, inhibitori ai clasei III PI-3-kinază și, la rândul său, inhibă formarea de autofagozomi 23 .

Atg9 este singura proteină transmembranară dintre proteinele de bază ale autofagiei care este conservată la toate speciile 24. Are șase domenii transmembranare propuse cu termenii săi carboxil expuși în citosol 25. Există doi ortologi funcționali ai Atg9 în celulele mamiferelor: Atg9L1 și Atg9L2. Atg9L1 este exprimat omniprezent, în timp ce Atg9L2 este exprimat numai în placentă și glanda pituitară 26. Șoarecii knockout Atg9 mor imediat după naștere, asemănător altor șoareci knockout proteici de mașini autofagice, cum ar fi Atg3, Atg5, Atg7 și Atg16 27. În drojdie, Atg9 interacționează cu Atg11 și Atg17, iar această interacțiune este necesară pentru reglarea căii citoplasmei la vacuole (Cvt) și a autofagiei 28. Atg9 este localizat pe locul de asamblare a fagoforului (PAS) și interacționează cu Atg18, o proteină de legare a PI3-P și o proteină de membrană periferică, Atg2. Se propune Atg9 să circule între rețeaua trans-Golgi, endosomii tardivi și PAS pentru a aduce sursele de membrană suplimentare necesare pentru creșterea membranelor autofagosomale, în funcție de starea nutrienților celulari 24, 25 .