文摘
自噬是一个高度保守的细胞过程,降低修改,顺差,或有害的细胞质组件通过隔离在自噬体,然后与溶酶体融合退化。作为一个主要的细胞内降解和回收途径,自噬是至关重要的维持细胞内稳态,以及重构在正常发展。减损这一过程涉及多种疾病的致病细菌和病毒感染,而在老化。多能干细胞,能够自我复制,并产生任何专门的细胞类型,对于细胞医学治疗非常有价值的资源和开放的有前途的途径为研究人类发展和疾病。有人建议,自噬是至关重要的维持细胞内稳态的干细胞,随后更深入了解自噬的调控干细胞生物学最近收购了。在本文中,我们描述了最重要的进步的理解自噬调控造血和间充质干细胞在诱导多能干细胞。特别是,我们突出了角色的各种自噬活动监管这些干细胞的自我更新和分化。
1。介绍
在希腊自噬,意思是“自食”,被定义为一个细胞的过程负责胞质蛋白的降解和亚细胞的细胞器在溶酶体1]。这一过程发生在基础水平在大多数组织中,导致胞质成分的常规营业额,作为组织内稳态的一部分。一般来说,可以诱导自噬饥饿或其他形式的细胞压力,导致溶酶体降解和回收产生的降解产物为细胞产生细胞构建块和能源改造和体内平衡2]。旁边这个重要的回收功能,自噬越来越被认为是一个质量控制机制对蛋白质和细胞器(3- - - - - -5]。引起能量或营养饥饿或质量控制机制,自噬调控许多重要的细胞过程包括自我更新、分化、衰老和凋亡[6- - - - - -8]。三种类型的自噬通常被认为是发生在哺乳动物:macroautophagy [9],microautophagy [10,即使伴娘自噬(11]。Macroautophagy自噬的主要类型是大多数细胞中观察到,因此,它一直是最广泛的研究相对于其他类型;因此,本文的目的,我们将会将macroautophagy称为“自噬”。
自噬可以被认为是一个过程的细胞self-cannibalism细胞质组件(即。,大分子12和细胞器13,14])隔离和封闭在双或multimembraned囊泡(自噬小体),然后与溶酶体融合成为一个自吞噬泡和降低材料中包含它。在溶酶体水解酶降解自噬小体的内容,和由此产生的分解产物如氨基酸和脂肪酸,然后回收(15)(图1)。自噬体的形成是受到严格控制的顺序激活一系列良好的蛋白复合物。例如,ULK1-ATG13-FIP200-ATG101复杂负责自噬的诱导16,17),第三类磷脂酰肌醇(PtdIns) 3-kinase复杂(BECN1, ATG14 / ATG14L VPS15, VPS34,和AMBRA1)负责启动自噬体(18,19),和ATG12-5-16 LC3-II负责自噬小体的形成(20.- - - - - -22]。特别,Atg12 ubiquitin-like E1蛋白激活其糖基的酶Atg7然后转移到E2酶共价链接到前Atg10 Atg5 [23]。这个Atg12-Atg5共轭,Atg16一起,形成一个复杂的(Atg12 / Atg5 / Atg16)对自噬(至关重要24];这个系统也保存在哺乳动物细胞(25]。第二个系统利用酶前体的乳沟Atg8 Atg4,与合成裂解Atg8共价结合到脂质磷脂酰乙醇胺(PE)通过酰胺键的顺序动作E1酶Atg7和E2酶Atg3;后一个过程是通过Atg12 / Atg5 Atg16上面所提及的复杂(26]。在自噬体的成熟和融合与溶酶体膜的外膜,自噬体内容,以及其内膜退化产生氨基酸和其他细胞的构建块回收的细胞。
自噬是一个高度保守的过程,是由复杂的信号通路。在这些信号通路中,哺乳动物雷帕霉素靶(mTOR)和活化蛋白激酶(AMPK)通路的两个主要途径调节自噬在哺乳动物27]。为了应对营养丰富、低细胞压力条件下,mTOR通路被激活和促进蛋白质翻译和细胞生长。mTOR通路的激活特定的结节性硬化症复杂损耗1 (TSC1)抑制自噬28,29日]。相比之下,诱导自噬的激活AMPK途径。条件下的代谢压力,AMPK途径被激活,导致p27的磷酸化,细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂,在198年用力推。的磷酸化p27增加其稳定性,这使得细胞生存生长因子通过自噬撤军。除了这两个重大的监管途径,其他通路和细胞应激条件下也被报道参与自噬的规定,包括一种蛋白激酶/ PKB通路,p52通路,肌醇通路,内质网压力,缺氧,活性氧(ROS)的产生30.]。
干细胞是产后器官和组织中广泛分布。在哺乳动物中,成体干细胞在开发中起着必不可少的作用,组织更新,和某些疾病的过程。与大量的数据来自研究体细胞,癌症细胞,和各种疾病模型,自噬的作用在干细胞生物学的监管是知之甚少。是接受了干细胞的自我更新和分化需要严格控制蛋白质的营业额和lysosome-mediated退化的细胞器31日]。此外,自噬过程最近被认为是一个主要机制,细胞可以获得精确的形态和功能,通过控制蛋白质的营业额32]。最近的研究表明,干细胞自我更新和分化依赖于自噬的激活(33,34]。为了应对环境激素的诱导和激活,自噬可以有效地运输组转录因子、粘附分子,或分泌的因素,所有这些都是非常重要的对于干细胞自我更新和分化。
因此,自噬将扮演重要的角色在干细胞生物学的规定。在这次审查中,我们讨论当前知识从一系列不同的干细胞系统大大促进我们了解自噬的作用在干细胞生物学(图2)。
2。自噬在造血干细胞
造血干细胞(hsc)的干细胞产生所有的血细胞通过造血作用的过程。血液细胞的持续维护是保证池的肝星状细胞在骨髓里驻留在缺氧(35,36]。最近的工作表明,自噬机制是高度活跃在肝星状细胞(37]。肝星状细胞可以快速打开让他们应对细胞自噬过程压力,由forkhead盒O3 (FoxO3转录因子)38]或为了增加代谢负荷通过感应parkin-dependent mitophagy [39]。
自噬被报道是不可或缺的在肝星状细胞的自我更新。一个在体外研究显示,成人肝星状细胞不能形成殖民地在群集型检测自噬抑制使用3-methyladenine (3-MA)、磷脂酰肌醇为目标的自噬抑制剂3-kinase (PI3K),或一个可以阻止针对ATG5 [33]。在造血系统,损失的基本自噬基因Atg7或Atg5损害HSC功能,导致严重myeloproliferation和骨髓衰竭(38,39]。此外,删除基本自噬基因Atg7造血系统导致肝星状细胞线粒体和活性氧的积累,以及增加扩散和DNA损伤(38]。这些发现表明肝星状细胞的自噬在维护的重要作用。
自噬还被报道积极调节HSC分化。自噬可以防止细胞凋亡在细胞分化过程中,通过阻止活性氧生成,ER应激和DNA损伤。例如,单核细胞,来源于肝星状细胞,最终分化成巨噬细胞和树突细胞(40]。然而,单核细胞以程序性凋亡在缺乏刺激(41],monocyte-macrophage分化刺激不仅导致细胞变化,也防止默认单核细胞的凋亡42]。张等人已经证明自噬诱导单核细胞触发时区分。微分信号释放beclin1 bcl - 2通过激活物和街区Atg5劈理,从而诱导自噬。此外,自噬的诱导单核细胞的存活和分化是至关重要的。抑制自噬也导致细胞发生分化的细胞凋亡42]。这一发现表明,诱导自噬对monocyte-macrophage分化至关重要。间隙细胞器也是一个重要的造血干细胞分化的调控过程。血红细胞分化过程中,细胞细胞核是开除,而线粒体是通过清除mitophagy [43]。自噬基因的目标删除,包括Ulk1 [44],Atg7 [45],Bnip3L [46],Fip200 [47),导致有缺陷的红细胞分化和贫血。代谢适应与自噬通过提供所需的营养和ATP分化。许等人表明,自噬在减少活化增殖效应CD8 + T细胞,然后调节时,细胞停止分裂。删除autophagy-related分子Atg5或Atg7没有影响这些效应T细胞的增殖和功能,但是这些autophagy-deficient效应细胞生存的缺陷导致了损害记忆T细胞的形成,需要表明,自噬在记忆T细胞的分化48]。
3所示。自噬骨骨髓来源间充质干细胞
骨骨髓来源间充质干细胞(bmsc)多能成体干细胞能够分化成不同的细胞类型,包括骨细胞、脂肪细胞、内皮细胞、心肌细胞和神经元,当接触到适当的信号(49]。
研究表明,自噬可以诱导BMSC凋亡或促进BMSC扩散。最近,一些研究也表明,缺氧条件激活BMSC自噬流量通过AMPK / mTOR通路,这激活自噬对低氧诱导的细胞凋亡。在这项研究中,TUNEL-positive细胞的数量减少的存在自噬抑制剂3-MA,而TUNEL-positive细胞的数量增加了自噬诱导物雷帕霉素。在这项研究中,作者测量了自噬诱导LC3的形成,这是证明是被3-MA和增加了雷帕霉素在缺氧条件下50,51]。一个反对李等人的研究发现,自噬hypoxia-inducted BMSC扩散。这些作者表明,缺氧诱导bmsc的扩散的激活组织apelin /已自噬信号通路(52]。另一方面,其他的研究表明,自噬是重要的bmsc防止衰老。相比tibia-derived bmsc (T-BMSCs) mandible-derived bmsc (M-BMSCs)据报道,高水平表达的特殊at富集sequence-binding蛋白2 (SATB2)和具备干细胞标记(如NANOG OCT-4 SOX2,巢蛋白);然而,他们也表现出更高程度的自噬和更大的抗衰老在正常或低氧/血清剥夺条件(53]。
自噬还促进BMSC分化成骨细胞的谱系。Nuschke等人最近表明,未分化的bmsc积累nondegraded自噬空泡,与自噬的营业额,而刺激成骨分化导致一致的自噬增加营业额。此外,SATB2 at富集dna结合蛋白质,有能力促进bmsc的成骨分化和骨缺损再生,这被认为发生通过upregulation多能性基因和autophagy-related基因,这反过来,激活PTEN / AKT mTOR信号通路(54]。
4所示。自噬在骨骼肌干细胞
骨骼肌干细胞或卫星细胞(SCs)是位于肌纤维膜和基底膜之间的肌肉纤维和负责的生长和再生后的肌肉纤维损伤或疾病(55,56]。
自噬可以发挥积极作用在维护SCs的具备干细胞状态。卫星细胞通常处于静止状态,但它们可以刺激进入增殖状态当暴露于环境刺激57]。在这种背景下,自噬被证明在两个不同的场景。在第一个场景中,最近的一项研究报道,自噬在SC诱导激活。具体来说,本研究提出了自噬,在SC Sirt1激活引起的,提供必要的营养物质来满足生物能量学要求的过渡SCs从静止状态到激活状态在肌肉拉伤。本研究还提出,相对缺乏的养分有效性诱发自噬,脱去乙酰基ATG7在激活阶段(58]。值得注意的是,本研究提出一个相对缺乏营养的可用性诱发自噬在卫星细胞的激活阶段,模仿starvation-induced自噬,细胞适应营养所必需的压力。在第二个场景中,自噬维持具备干细胞通过防止衰老。Garcia-Prat等人报道,年轻的静止SCs基底自噬流量在肌肉休息,这基底活动有助于保持肌肉纤维的完整性和健身。这些研究还发现,在老化SCs的再生功能下降,主要由于从一个正常的静止状态的转变成不可逆转衰老状态(59,60]。自噬在老年SCs的生理衰退,或基因受损的年轻细胞,可能导致有毒细胞废物积累,导致进入衰老和SCs的功能和数量的下降。然而,重建的自噬可以逆转衰老状态,恢复老年SCs的再生功能(60]。因此,自噬SCs的自我平衡的维护需要在正常的生理条件下以及在衰老。
激活自噬是加上营养不良的肌肉的再生。刺激激活自噬增强成人SC和扩散,而抑制自噬会导致一个完整的损伤过程。干预措施,扩展自噬的激活可能是有益的治疗杜氏肌萎缩症(61年]。因此,自噬可以作为一个“疾病修饰符”,增加自噬可以促进肌肉再生治疗和延缓疾病进展。
5。在肝祖细胞自噬
肝脏的独特之处在于其非凡的各种损伤后再生的能力。研究表明,肝脏的再生能力主要有居民肝祖细胞(手持电脑),被定义为细胞,引起肝细胞和胆管上皮细胞(cholangiocytes)后肝损伤(62年]。而肝细胞的自噬的调控作用已被广泛研究肝脏再生过程中(63年和肝脏代谢体内平衡的维护64年),很少有关于自噬的作用在手持电脑知识。
据报道,抑制自噬的可拆卸的基本自噬基因Atg5或beclin1 (Becn1)单独使用受损和手持电脑的增殖能力。在这项研究中,肝祖细胞的效率(HPC)评估了自我更新的速度使用克隆形成集落形成单位(CFU)测定。手持电脑感染了慢病毒表达shNC shRNA抑制Atg5或者Becn1。CFU数字shAtg5 / shBecn1-HPCs与shNC-HPCs相比明显减少。此外,一个在体外扩散试验表明,水平扩散shAtg5 / shBecn1-HPCs显著低于在shNC-HPCs 24日电镀(48和72小时后65年]。雪等人也发现类似的结果,他们发现Atg7或Atg5抑制减少了殖民地,spheroid-forming手持电脑的能力。缺乏自噬也已被证明能够增加受损的线粒体和线粒体活性氧的积累(mtROS)和抑制同源重组(人力资源)的DNA损伤修复途径手持电脑(66年]。这些结果表明,自噬在stemness-associated扩张中发挥着不可或缺的作用。
据目前的研究报道,自噬的过程中起着消极的作用HPC分化。曾庆红等人已经证明自噬,检测到LC3-II / LC3-I比率的增加,减少胆汁分化的早期阶段中手持电脑,然后保持在一个较低水平,在后期分化过程(67年]。调查是否诱导自噬有影响胆汁分化的手持电脑,检查两个自噬的影响刺激,mTOR抑制剂雷帕霉素和饥饿。激活自噬的雷帕霉素或饥饿抑制胆汁WB-F344细胞的分化,导致LC3-II / LC3-I比率的增加和P62水平67年]。他们还报告说,自噬抑制Notch1信号通路,导致胆汁分化和形态发生。这些结果说明自噬调节胆汁的肝祖细胞的分化Notch1信号通路(67年]。自噬的影响,p62和相关信号通路在肝分化进一步调查。Sugiyama等人报道,沉默的基因ATG5和/或SQSTM1 / p62促进mTOR的氨基酸活化途径,表明促进氨基酸mTOR通路的敏感度是依赖p62积累的抑制自噬,这过程中发挥着重要作用的肝分化干细胞/祖细胞(68年]。
6。自噬在心脏干细胞
表现为心肌细胞的死亡,心力衰竭仍然是全世界死亡的主要原因之一(69年]。动员心脏内源性心脏干细胞分化成心肌细胞(二者)是一种新的战略,正在试图治疗心力衰竭(70年,71年]。
增加心脏分化与减少心肌细胞的增殖72年]。自噬的作用在促进二者的分化最初被张先生和他的同事们(73年]。在他们的研究中,据报道,FGF信号轴通过抑制自噬抑制二者的过早分化。Wnt信号通路,FGF通路的上游调节器,对心脏的抑制作用也产生一个细胞分化调节通过GSK3-TIP60-ULK1信号(73年]。施等人表明,胆固醇代谢的变化(β环糊精)诱导自噬也通过增加Atg5的表达和触发心肌二者的分化。这一过程为特征的激活物/ STAT3和GSK3β/β连环蛋白通路,紧随其后的是心脏转录因子表达的增加(Nkx2.5和GATA4),结构蛋白(如心肌肌钙蛋白T)和转录增强剂(如Mef2c)和一个感应GATA4易位的细胞核(74年]。张等人调查了FGF信号的机制调节CSC分化和证明FGF信号中断导致二者在老鼠的过早分化。此外,他们还报告说,抑制FRS2α介导的信号增加自噬通过增加LC3-II水平和促进二者的心肌分化,反之亦然,表明自噬在CSC分化的积极作用72年]。
7所示。自噬在神经干细胞
正如上面所讨论的,自噬是一种代谢机制,维持细胞内稳态,通过细胞和细胞器的更新代谢的需求可以得到满足。因为在自噬缺陷导致改变蛋白质周转,或错误折叠蛋白质的积累,这可能是许多神经退行性疾病,如阿尔茨海默病、帕金森病和亨廷顿氏病(75年,76年]。神经干细胞(nsc)自我更新,多功能细胞出现在大脑和神经源性领域负责生成神经元和神经胶质细胞的神经系统。最近的研究表明,自噬是参与监管具备干细胞和神经发生的神经干细胞(nsc) [77年,78年]。
自噬缺陷可能导致缺陷nsc的自我更新。例如,激活FOXO家族的(例如,FOXO1和FOXO3)的转录因子参与报道在癌症细胞自噬的激活,以及肌肉(79年,80年]。此外,FOXO1蛋白失活,FOXO3, FOXO4(或者只FOXO3 [81年])导致有缺陷的自我更新和分化的nsc,平行的ROS增加产量(82年]。这些发现提高了有趣的可能性,这些老鼠自噬缺陷可能导致ROS海拔FOXO不足造成的,从而导致缺陷nsc的自我更新。
也有证据表明自噬在NSC分化的积极作用。在分化,nsc需要改造他们的细胞骨架和形状在一个能源消耗的过程。自噬细胞组件和回收的能力提供能量可以满足这些需求,从而支持差异化。巴斯克斯等人报道的自噬基因的表达增加Atg7, Becn1, Ambra1, LC3在老鼠胚胎嗅球神经分化的初始时期,随着平行增加神经元标记,而药物抑制自噬与3-MA或渥曼青霉素明显减少小鼠的神经发生,支持自噬在神经细胞分化的作用。本研究表明自我平衡的角色自噬作为一种能源提供者在神经元分化的早期阶段(83年]。Fimia等人也表明Ambra1 (beclin1-regulated自噬激活分子)基因敲除的小鼠胚胎神经管缺陷导致严重与自噬缺陷有关,ubiquitinated蛋白质的积累,不平衡的细胞增殖,和过度的细胞死亡84年]。
综上所述,所有这些观察指出,自噬起支持作用的概念nsc增殖和神经元分化。
8。自噬在脂肪中提取干细胞
被轻易从脂肪组织数量和丰富的收获,脂肪干细胞(对asc)是其中最有前途的msc可用的来源。
最近的研究表明,自噬可以工作作为促进剂或ASC分化的抑制过程。鲁和他的同事们展示了积极作用的自噬过程中ASC分化成neuronal-like细胞。他们的数据显示,对asc展览neuronal-like形态学和雷帕霉素诱导(200后显著提高分化率μg / L)与控制。此外,自噬蛋白的表达(LC3)也显著调节对未经处理的细胞(85年]。赵等人调查了自噬的负面作用的脂肪形成的差异化hASCs和证明gamma-tocotrienol hASCs抑制脂肪形成的分化的早期阶段。重要的是,这个过程是由自噬的激活,如通过自噬流量的增加和胞质自噬体(LC3II)积累86年]。博等人也发现自噬在去扮演一个消极监管的作用。氟西汀,一种药物用于治疗肥胖,已被证明对asc的抑制增殖和脂肪形成的分化,可能通过增加autophagy-related基因的表达,SQSTM1和LC3II87年]。埃贾兹·等人正在确认DIRAS3对asc和igf - 1基因调节目标来源于长期减肥的皮下白色脂肪组织的病人。此外,DIRAS3会使Akt-mTOR信号对asc和抑制脂肪生成,激活自噬在这些细胞(88年]。
核转录因子红细胞两个相关因子之间的关系2 (Nrf2)和自噬已广泛调查。Nrf2是一种转录因子,促进细胞生存和保护细胞免受氧化应激损伤(89年]。Nrf2负受Kelch-like ECH-associated蛋白1 (Keap-1),并结合Nrf2在蛋白酶体降解的细胞质和指导90年]。p62 / sequestosome 1 (SQSTM1)自噬降解的蛋白质作为货物受体ubiquitinated目标。p62基因的诱导氧化应激是由Nrf2介导的,而与此同时,Nrf2 p62蛋白质有助于激活。此外,p62码头和直接绑定到Keap-1通过主题指定交互Keap-1地区(吉珥)。绑定的p62 Keap-1块之间的交互Keap-1 Nrf2,然后Nrf2细胞核和促进Nrf2目标基因的激活(91年- - - - - -93年]。因此,p62有助于Nrf2目标基因的活化反应氧化应激通过创建一个积极的反馈回路。道等人探索Nrf2的参与途径和自噬对asc成骨分化的氧化应激条件下(94年]。他们发现,暴露对asc的H2O2导致细胞凋亡和自噬的诱导,Nrf2 upregulation,和促进骨生成。相比之下,抑制自噬活动导致Nrf2通路的激活和抑制成骨细胞的分化对asc ROS的刺激。沉默的Nrf2已经被证明可以促进自噬和对asc在ROS刺激的成骨细胞的分化94年]。这些发现表明,氧化应激诱导自噬和ADSCs促进成骨细胞的分化,而这些影响是增强Nrf2的沉默,表明Nrf2通路之间的负作用和自噬可能调节氧化应激ASC骨生成。
9。自噬在肠道干细胞
一生中,肠道进行持续和快速周转的上皮细胞。在小鼠和人类的研究表明这个过程是由人口的监管和维护肠道干细胞(isc),能够补充自己,给所有的肠道上皮细胞谱系(95年]。
最近的工作表明,内在自噬是重要的维护肠道干细胞通过减少过多的活性氧。这种干细胞维护需要提供损害肠道再生。浅野等人表明,ISC的内在自噬通过减少过多的活性氧对ISC维护很重要。老鼠缺乏ATG5在肠道上皮细胞(iec)显著减少isc比控制照射后小鼠和显示ISC-dependent肠道恢复受损。地下室isc从Atg5ΔIEC小鼠有显著较高的活性氧(ROS)水平比那些来自控制老鼠。ROS-inducing试剂ISC数量减少和ISC再生能力受损在体外,用一种抗氧化剂治疗Atg5ΔIEC老鼠救了这些缺陷96年]。由Shaffiey等也发现类似的结果。他们发现,急性暴露在脂多糖(LPS)引起显著减少骑车的mRNA表达干细胞标记WT和ATG7ΔIEC老鼠;然而,更戏剧性的变化在ATG7ΔIEC老鼠。这些现象表明,通过调节自噬可以帮助肠道修复isc (97年]。
考虑到自噬对经济复苏至关重要的iec辐照或有限合伙人治疗后,优化自我吞噬,尤其是isc,可能损伤后促进iec的复苏,可能导致autophagy-based疗法。
10。自噬的诱导多能干细胞
诱导多能干细胞(也称为“诱导多能性”细胞或万能)是一种多能干细胞,可以从成人(nonpluripotent)细胞生成。他们不仅绕过需要胚胎但patient-matched方式可以,拿着巨大的希望在再生医学领域(98年]。则通常是通过引入一组特定的pluripotency-associated成成年细胞的基因。原始的重组因子(也称为山中因素)用于万能的作品是转录因子Oct4 (Pou5f1), Sox2 cMyc, Klf4。在介绍这些重组因子,细胞开始形成类似多能干细胞,可以独立的殖民地基于形态学或表面标记。
最近的研究表明,高水平的基底存在自噬活动在iPSC推导和维护。成功的一代的细胞则需要一个主要代谢从线粒体氧化磷酸化在重组过程中糖酵解;这个过程是mTOR相关信号通路。特别是,微调mTOR的信号会影响线粒体动力学允许隔离注定的线粒体自噬(通关99年]。
进一步研究揭示,mTOR的表达下调是Sox2在早期的iPSC代mTOR的差别,这种瞬态对这些是需要重新编程。在缺乏Sox2, mTOR仍处于高水平,抑制自噬。这一发现表明,Sox2-dependent时间调节自噬是细胞重编程的一个关键步骤过程One hundred.]。规范自噬是由进化保存autophagy-related介导的基因,也就是说,Atg基因(101年]。Atg5特征一直是一个重要的组件规范自噬,这样Atg5删除完全抑制自噬(102年,103年]。最近,据报道,iPSC改变依赖的Atg5-dependent自噬是暂时性的激活Sox2在重组早期超表达和细胞缺乏Atg5可能废除iPSC形成(One hundred.]。然而,这些发现差异被发现。Sotthibundhu等人报道,健壮的iPSC重组不依赖于Atg5-dependent规范自噬。这Atg5-independent线粒体自噬过程清除促进糖酵解代谢从线粒体氧化磷酸化转向期间发生重组。阻止这样的自噬,但不规范的自噬,抑制线粒体间隙,反过来,防止iPSC感应。这些结果表明,建立多能性的Atg5-independent自噬是至关重要的(104年]。
大关最近和他的同事们调查了mir - 211监管和Atg信号在人类万能干细胞的成骨分化(105年]。在成骨分化,有戏剧性的增加Atg14 mir - 211和蛋白质水平的自噬小体的数量的增加和人类细胞则自噬通量的增加。小干扰RNA治疗能够针对Atg14镇压这些人类万能干细胞的成骨分化。重要的是,成骨表型抑制了氯喹(自噬抑制剂),但治疗后增加了雷帕霉素(一个自噬诱导物)。氯喹的加入导致Atg14表达式的抑制和分化细胞中自噬小体减少;相比之下,除了雷帕霉素导致增加Atg14表达式和自噬小体的积累105年]。
神经退行性疾病源自神经元在中枢神经系统的损失和严重衰弱。直到最近,的主要资源在体外神经元的研究一直主要神经元与啮齿动物的大脑。然而,研究集中在人类神经元是受限制的,因为主要人类文化有限样本可用性和明显的伦理问题。能够区分hiPSCs成神经元为研究人员提供了工具来开始研究人类神经退行性疾病。哺乳动物神经系统中,自噬是需要维持其正常功能和体内平衡。使用hiPSC技术,研究人员已经能够产生许多类型的神经元丢失在人类神经退行性疾病,以研究自噬在这些疾病的作用106年]。
阿尔茨海默病(AD)是最常见的神经退行性疾病(107年]。自噬在人类广告iPSC-derived神经元的研究提高了我们对自噬在这种疾病的理解。李等人研究自噬功能障碍在iPSC-derived神经元来自家族广告(时尚)患者细胞presenilin-1 (PS-1)突变。他们发现自噬小体积累的增加在PS-1突变体神经元和减少TFEB目标基因,表明自噬流量下降。此外,当他们抑制酸性鞘磷脂酶,溶酶体生物起源和自噬活动都恢复到正常水平(108年]。Reddy等人产生iPSC-derived人类前脑皮层神经元从广告M146L患者和A246E突变,以及一个PS-1击倒控制神经元(109年]。他们发现减少CLEAR-luciferase记者这些iPSC-derived人类广告活动神经元以及减少LC3II水平PS-1-knockdown神经元,表明自噬起始下降,以及自噬流量。
帕金森病(PD)是一种神经退行性疾病,仅次于广告,这是造成的损失在黑质多巴胺(DA)神经元,导致黑通路的干扰110年]。在iPSC-derived DA神经元自噬通量研究特发性患者PD (ID-PD)或家族性PD(富亮氨酸重复的突变激酶2体内基因LRRK2 ())。在长期的文化,多巴胺神经元(丹)分化ID-PD——或者LRRK2-PD-iPSCs显示形态改变,包括神经突的数量的减少和神经突分枝,以及自噬空泡的积累,在丹从Ctrl-iPSC分化不明显。进一步诱导自噬和/或抑制溶酶体蛋白水解作用大大加剧了丹形态改变,表明自噬妥协在丹ID-PD——LRRK2-PD-iPSCs [111年]。费尔南德斯等人产生中脑DA神经元使用万能PD患者GBA-N370S突变(112年]。他们记录下自噬小体数量增加与高架beclin1和P62 / SQSTM1水平这些GBA-N370S线。这些观察强烈建议autophagosomal-lysosomal营业额受损的突变。
iPSC神经分化的应用协议进展为研究人员提供了一个无与伦比的机会学习,进行更详细的,自噬途径导致神经功能和生存在复杂的人类神经退行性疾病和如何利用这些神经保护和/或neurorestorative疗法。
11。结束语
干细胞燃料组织开发、更新和再生,这些活动需要严格控制蛋白质的营业额和溶酶体的消化细胞器的干细胞。自噬是一个高度保守的过程和作为主要监管机构获取精确的细胞形态和功能的蛋白质流失控制。过去十年见证了兴趣大增有关干细胞和自噬;然而,我们对自噬的作用的理解在干细胞生物学仍处于起步阶段。因此,它是合理的期望,更深入地了解自噬在干细胞生物学的作用可以促进干细胞的研究和应用在更广泛的范围内。考虑到不同的特定特征的特定的干细胞,干细胞生物学研究自噬的规定将使用定义良好的促进在体外干细胞系统和利用遗传模型在活的有机体内。此外,它仍然需要开发特定的方法来允许选择性自噬的监测目标(例如,线粒体)生活经历增殖或分化的干细胞,这也将有助于增加我们对基本的干细胞生物学的理解。
信息披露
Xihang陈和Yunfan他co-first作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
作者的贡献
Xihang陈和Yunfan他同样有助于这项工作。