Atg1 - Atg1 - Wikipedia

Serin / threonin-protein kináza ATG1
Identifikátory
OrganismusS. cerevisiae S288c
SymbolATG1
Alt. symbolyAPG1; AUT3; CVT10
Entrez852695
RefSeq (mRNA)NM_001181045
RefSeq (Prot)NP_011335
UniProtP53104
Další údaje
EC číslo2.7.11.1
ChromozómVII: 0,16 - 0,16 Mb

AuTophaGy související 1 (Atg1) je 101,7 kDa serin / threonin kináza v S. cerevisiae, kódovaný genem ATG1.[1]Je to nezbytné pro počáteční stavbu autofagozom a Cvt vezikuly. V nekinázové roli je - prostřednictvím tvorby komplexu s Atg13 a Atg17 - přímo řízen TOR kináza, senzor dostupnosti živin.

Úvod

Atg1 se může spojit s řadou dalších proteinů rodiny Atg a vytvořit komplex, který funguje při tvorbě autofagosomu nebo Cvt vezikul. Zahájení autofagie zahrnuje vytvoření pre-autofagozomální struktury (PAS). Většina Atg proteinů se hromadí na PAS a generuje buď vezikuly Cvt za normálních podmínek růstu, nebo autofagozomy pod hladem.[2] K dnešnímu dni existuje 31 ATG genů, které lze rozdělit do několika různých skupin podle jejich funkcí v různých krocích cesty. 17 z těchto genů funguje pouze v dráze Cvt.

Struktura

Gen Atg1 leží na chromozomu VII S. cerevisiae. Kódovaný protein s hmotností 101,7 kDa má délku 897 aminokyselin a zahrnuje na svém N-konci proteinovou serin / threonin kinázovou doménu 302 aminokyselin. Na C-konci je oblast dlouhá 7 aminokyselin, která je nutná pro Cvt obchodování. Protein je také posttranslačně modifikován fosforylací alespoň 9 serinových zbytků[3]Až dosud nebyla z Atg1 vyrobena žádná krystalová struktura.

Funkce

Atg1 má v kvasinkách dvě odlišné funkce (pro vyšší eukaryoty viz níže): nábor následných Atg proteinů nezávislý na kináze (tj. Organizace PAS) a funkce závislá na kináze při tvorbě autofagozomu pravděpodobně zprostředkovaná fosforylace následných substrátů.

Interakční partneři

Interakční partneři Atg1: Atg17, 29, 31 v autofagii, Atg11, 20, 24 v cílení cytoplazma na vakuolu, Atg13 v obou drahách
Přehled interakčních partnerů Atg1 v autofagii a Cvt

Bylo prokázáno, že Atg1 interaguje s alespoň šesti dalšími proteiny Atg, konkrétně s Atg 29, 31, 11, 20 a 24. Ze všech těchto Atg13 bylo prokázáno, že mají role jak v autofagii, tak v Cvt funkcích; Atg17, 29 a 31 mají pouze funkce v autofagii,[4][5][6] zatímco Atg11, 20 a 24 se účastní pouze cesty Cvt.[7][8] Na základě kvasnicový dvouhybrid izolace dat a afinity, bylo zjištěno, že Atg1 je v komplexu s Atg13 a Atg17.[9] Pozorování, že Atg17 interaguje s Atg13 v nepřítomnosti Atg1, ale ne naopak, naznačuje, že Atg13 zprostředkovává interakci mezi Atg1 a Atg17.

Nařízení

Regulace komplexu Atg1 pomocí TOR za podmínek výživy (normální růst) a hladovění (autofagie).

Autofagie se aktivuje na několik podnětů, jako je hladovění živinami, infekce, opravný mechanismus nebo naprogramováno buněčná smrt. Role Atg1 a jeho regulace je nejlépe studována při hladovění živin a při odpovídajícím zastavení růstu. Klíčovým enzymem v signální cestě dostupnosti živin je TOR, z nichž v kvasinkách existují dvě izoformy (Tor1 a Tor2). Tyto proteiny tvoří dva odlišné komplexy, nazývané TORC1 a TORC2, z nichž TORC1 je vysoce citlivý na podmínky buněčné výživy. Za podmínek bohatých na živiny je TORC1 aktivní a fosforyluje Atg13 na více místech, čímž inhibuje tvorbu komplexu s Atg1. To vede ke snížení aktivity kinázy Atg1 a ke snížení autofagie. Po hladovění je Atg13 rychle defosforylován a tvoří komplex s Atg1, čímž jej aktivuje, což vede k následnému sestavení PAS prostřednictvím náboru dalších Atg proteinů.

Molekulární mechanismus komplexu Atg1
Molekulární mechanismus regulace komplexu Atg1 fosforylací Atg13 prostřednictvím TOR kinázy za podmínek bohatých na živiny.

Kromě TORC1 protein kináza A (PKA) inhibuje autofagii prostřednictvím fosforylace Atg1 a Atg13. PKA fosforyluje Atg1 na dvou odlišných serinových zbytcích; ukázalo se, že tyto modifikace jsou nezbytné pro správnou disociaci Atg1 od PAS.[10]Substrát navazující na Atg1 kinázu nebyl dosud popsán a je stále otázkou debaty, zda Atg1 primárně působí na autofagii prostřednictvím své kinázové aktivity nebo prostřednictvím strukturální role během tvorby autofagického komplexu. Je možné, že kinázová aktivita Atg1 je kritická pro velikost autofagie, ale ne pro její zahájení. Alespoň obrazovky ve velkém měřítku vedly k seznamu možných substrátů Atg1, včetně Atg8 a Atg18.[11] Závěrem lze říci, že Atg1 má nejprve strukturální funkci nebo funkci lešení během počátečních kroků nastavení PAS, po které následuje fáze závislá na kináze, která obsahuje proteinovou dynamiku na PAS.[12]

Homology

Existuje mnoho důkazů naznačujících, že Atg1 homology od jiných, mnohobuněčné organismy jsou vyžadovány také pro autofagii, ale nedávná práce však také ukázala, že existují rozdíly a další funkce ve srovnání s kvasinkovým modelem.

Caenorhabditis elegans

Odpovídající homolog k Atg1 v C. elegans je unc-51 (nekoordinovaný-51). Unc-51 také funguje ve správném axonálním vedení a ve vývoji neuronů.[13]

Drosophila melanogaster

Homolog Atg1 v D. melanogaster je také důležitý v nervovém vývoji [14] a obchodování s neurony. Kromě toho existuje mechanismus zpětné vazby k TOR, který může inhibovat funkci TOR, která ve skutečnosti leží před Atg1.[15] Atg1 a Atg13 jsou vždy v jednom komplexu v 'D.melanogaster a obratlovců. v D.melanogaster„Atg13 je fosforylován v hladovění, což je pravý opak jako u modelu kvasinek.

Obratlovci

Doposud existuje pět potenciálních ortologů Atg1 u obratlovců. ULK1 a ULK2 (kináza podobná unc-51) mají další funkci ve vývoji neuronů, např. regulace růstu myších neuronů.[16] ULK1 a 2 také ukazují negativní regulaci zpětné vazby na mTOR.

Reference

  1. ^ "Souhrn ATG1". YeastGenome.org. Citováno 4. ledna 2012.
  2. ^ Mizushima N (leden 2010). "Role komplexu Atg1 / ULK1 v regulaci autofagie". 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. března 2010. Citováno 17. března 2010.
  4. ^ Kawamata T, Kamada Y, Suzuki K a kol. (Prosinec 2005). "Charakterizace nového genu specifického pro autofagii, ATG29". Biochem. Biophys. Res. Commun. 338 (4): 1884–9. doi:10.1016 / j.bbrc.2005.10.163. PMID  16289106.
  5. ^ Kabeya Y, Kawamata T, Suzuki K, Ohsumi Y (květen 2007). "Cis1 / Atg31 je vyžadován pro tvorbu autofagozomů u Saccharomyces cerevisiae". Biochem. Biophys. Res. Commun. 356 (2): 405–10. doi:10.1016 / j.bbrc.2007.02.150. PMID  17362880.
  6. ^ Kawamata T, Kamada Y, Kabeya Y, Sekito T, Ohsumi Y (květen 2008). „Organizace pre-autofagozomální struktury odpovědné za tvorbu autofagosomu“. Mol. Biol. Buňka. 19 (5): 2039–50. doi:10,1091 / mbc.E07-10-1048. PMC  2366851. PMID  18287526.
  7. ^ Kim J, Kamada Y, Stromhaug PE a kol. (Duben 2001). "Cvt9 / Gsa9 funguje v sekvestraci selektivního cytosolického nákladu určeného pro vakuolu". J. Cell Biol. 153 (2): 381–96. doi:10.1083 / jcb.153.2.381. PMC  2169458. PMID  11309418.
  8. ^ Nice DC, Sato TK, Stromhaug PE, Emr SD, Klionsky DJ (srpen 2002). „Pro selektivní autofagii je vyžadována kooperativní vazba cytoplazmy na proteiny dráhy cílení na vakuolu, Cvt13 a Cvt20, na fosfatidylinositol-3-fosfát v pre-autofagozomální struktuře.“. J. Biol. Chem. 277 (33): 30198–207. doi:10,1074 / jbc.M204736200. PMC  2754692. PMID  12048214.
  9. ^ Kabeya Y, Kamada Y, Baba M, Takikawa H, Sasaki M, Ohsumi Y (květen 2005). „Atg17 funguje ve spolupráci s Atg1 a Atg13 v kvasinkové autofagii“. Mol. Biol. Buňka. 16 (5): 2544–53. doi:10,1091 / mbc.E04-08-0669. PMC  1087256. PMID  15743910.Kamada Y, Funakoshi T, Shintani T, Nagano K, Ohsumi M, Ohsumi Y (září 2000). „Tor zprostředkovaná indukce autofagie prostřednictvím komplexu Apg1 protein kináza“. J. Cell Biol. 150 (6): 1507–13. doi:10.1083 / jcb.150.6.1507. PMC  2150712. PMID  10995454.
  10. ^ Budovskaya YV, Stephan JS, Deminoff SJ, Herman PK (září 2005). „Evoluční proteomický přístup identifikuje substráty proteinkinázy závislé na cAMP“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 102 (39): 13933–8. doi:10.1073 / pnas.0501046102. PMC  1236527. PMID  16172400.
  11. ^ Ptacek J, Devgan G, Michaud G a kol. (Prosinec 2005). „Globální analýza fosforylace bílkovin v kvasnicích“ (PDF). Příroda. 438 (7068): 679–84. doi:10.1038 / příroda04187. PMID  16319894.
  12. ^ Chan EY, Tooze SA (srpen 2009). "Vývoj funkce a regulace Atg1". Autofagie. 5 (6): 758–65. doi:10,4161 / auto.8709. PMID  19411825.
  13. ^ Ogura K, Wicky C, Magnenat L a kol. (Říjen 1994). „Caenorhabditis elegans unc-51 gen požadovaný pro prodloužení axonů kóduje novou serin / threonin kinázu“. Genes Dev. 8 (20): 2389–400. doi:10,1101 / gad. 8.20.2389. PMID  7958904.
  14. ^ Toda H, Mochizuki H, Flores R a kol. (Prosinec 2008). „Kináza UNC-51 / ATG1 reguluje axonální transport zprostředkováním sestavy motor-náklad“. Genes Dev. 22 (23): 3292–307. doi:10.1101 / gad.1734608. PMC  2600757. PMID  19056884.
  15. ^ Scott RC, Juhász G, Neufeld TP (leden 2007). „Přímá indukce autofagie Atg1 inhibuje buněčný růst a indukuje apoptotickou buněčnou smrt“. Curr. Biol. 17 (1): 1–11. doi:10.1016 / j.cub.2006.10.053. PMC  1865528. PMID  17208179.
  16. ^ Tomoda T, Bhatt RS, Kuroyanagi H, Shirasawa T, Hatten ME (prosinec 1999). „Myší serinová / threoninkináza homologní s C. elegans UNC51 funguje při paralelní tvorbě vláken neuronů cerebelárních granulí“. Neuron. 24 (4): 833–46. doi:10.1016 / S0896-6273 (00) 81031-4. PMID  10624947.