发布时间: 2016-08-31
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论文摘要：线粒体的片段化在凋亡中的作用-论文网 论文关键词：线粒体,片段,中的,作用 在凋亡刺激中往往伴随着线粒体外膜的透化。线粒体的透化可以导致细胞色素C从线粒体中释放到细胞质中，触发caspase的活化继而引起凋亡。 一大多数凋亡前的刺激往往伴随着和线粒体依赖步骤有关的线粒体的透化。这个过程由Bcl-2家族成员中促凋亡和抑制凋亡的成员来控制，从而导致细胞溶质中细胞色素C的释放从而引起caspase的活化[1，2]，但是促凋亡的Bcl-2家族成员导致细胞色素C从线粒体中的释放的机制还存在着争论。在凋亡过程中线粒体的片段化被广泛的报道，它需要线粒体的分裂和融合因子的参与，并且在线粒体途径介导的凋亡中，线粒体的片段化是一个额外的、可选择或者补充的机制被提出[3-6]。这种在凋亡中观察到的线粒体网状系统的片段化可以归结为线粒体分裂的增加、线粒体融合的减少或者两者都有，但是它们在线粒体的透化和细胞色素C的释放中的作用仍然需要被清楚的确立。 线粒体的透化、细胞色素C的释放以及线粒体的片段化 一些报道指出，在凋亡的前期线粒体经受着快速的大量的片段化，从而形成相对于来说小的，圆的和大量的线粒体[7-9]。这个过程不能被广泛的caspase的抑制剂所抑制，但是它能被异位表达的dynamin样的GTP酶显性负性突变体Drp1，一种和线粒体分裂机制有关的蛋白所抑制。惊人的是，Drp1显性负性突变体不仅能抑制线粒体的片段化，并且能够抑制细胞色素C的释放以及接下来的事情，像线粒体膜电位的下降和DNA的断裂。基于上面的这些现象，线粒体的片段化（至少包括Drp1介导的线粒体的分裂）对于线粒体的透化和细胞色素C的释放以及凋亡的发生是必需的。但是，最近的一些研究对这个假说提出了挑战。 Drp1是线粒体分裂机制中主要的蛋白之一。通过高表达显性负性突变体或者用RNAi的方法敲掉Drp1基因导致线粒体网状系统长期的和相互连接[10]。相反的，高表达Drp1在Hela细胞中促进了线粒体分裂的增加，但是惊奇的是在COS-7细胞中没有发现[11，12]。在对凋亡的研究中，Drp1的高表达被报道在用十字孢碱处理的Hela细胞中可以轻微的增加细胞色素C的释放以及凋亡的活化，然而在另外一个研究中用相同的模型系统中Drp1的高表达并不能增加接受十字孢碱的处理的细胞的凋亡率[13]。虽然，在Hela高表达Drp1会导致线粒体的片段化而不是凋亡但是高表达在线粒体外膜上被公认的Drp1的受体hFis1，引起线粒体的片段化以及细胞色素C的释放和接下来的凋亡。但是，最近的研究显示hFis1介导的线粒体的分裂和凋亡存在很远的距离因为hFis1的突变体仍然可以导致分裂而不是凋亡[14]。到目前为止，线虫是唯一一个可以观察到高表达Drp1对于引起凋亡发生是足够的生物体[15]。 如果像提出的观点那样Drp1介导的线粒体的分裂对于细胞色素C的释放是必须的，那么线粒体的片段化应该和细胞色素C的释放同时发生或者发生在细胞色素C之前。然而，一些独立的研究显示细胞色素C的释放在线粒体的片段化之前几分钟发生，显示出线粒体形态学的动态改变可能是线粒体的透化的结果多于是它的原因。线粒体的片段化在线粒体的透化的细胞色素C的释放后很快的发生，但是原生动物布氏锥虫表达促凋亡Bcl-2家族成员Bax引起细胞色素C的释放，接着发生巨大线粒体的片段化，这些事情在时间上是分开的。但是，在哺乳动物细胞中，伴随着高表达促凋亡产物P20或者促凋亡的BH3-onlyBik[16],促发钙离子从内质网上释放出来并且线粒体的片段化在Bax的活化和或者细胞色素C的释放之前，提示在钙离子介导的凋亡线粒体的片段化发生在细胞色素C释放之前。 Drp1介导的线粒体的分裂需要GTP酶的活化Drp1并且GTP酶是一种酶，要达到它们的最佳效率在37度。因此，改变温度从37度到30度可以延迟动态的细胞色素C的释放，如果Drp1介导的线粒体的分裂参与了这个过程。但是，在动态的细胞色素C的释放表现出温度的不依赖性，与线粒体膜电势的降低，提示酶的活性对于细胞色素C的释放不是必须的，所以使Drp1介导的线粒体的分裂参与到细胞色素C的释放变的可能性很小[17]。 最后，从最近的研究得出结果，Bcl-2相关蛋白CED-9在哺乳动物细胞中表达提示CED-9促进线粒体的融合。有趣的是，CED-9的表达抑制了凋亡伴随的线粒体的片段化，然而它对线粒体的透化和细胞色素C释放没有影响，提示线粒体的片段化对于凋亡不是一个必须的条件。另外，EGL-1，一种线虫的BH3-only蛋白，能阻止CED-9介导的线粒体的融合，因为共表达EGL-1和CEG-9能促进大量的线粒体的片段化，这个和细胞色素C的释放以及凋亡没有联系。 1Danial,N.N.andKorsmeyer,S.J.(2004)Celldeath:criticalcontrolpoints.Cell116,205–219 2Wang,X.(2001)Theexpandingroleofmitochondriainapoptosis.Genes Dev.15,2922–2933 3Bossy-Wetzel,E.etal.(2003)Mitochondrialfissioninapoptosis,neurodegenerationandaging.Curr.Opin.CellBiol.15,706–716 4Frank,S.etal.(2001)Theroleofdynamin-relatedprotein1,amediatorofmitochondrialfission,inapoptosis.Dev.Cell1,515–525 5Karbowski,M.andYoule,R.J.(2003)Dynamicsofmitochondrialmorphologyinhealthycellsandduringapoptosis.CellDeathDiffer.10,870–880 6Youle,R.J.andKarbowski,M.(2005)Mitochondrialfissioninapoptosis.Nat.Rev.Mol.CellBiol.6,657–663 7Karbowski,M.etal.(2002)SpatialandtemporalassociationofBaxwithmitochondrialfissionsites,Drp1,andMfn2duringapoptosis.J.CellBiol.159,931–938 8Mancini,M.etal.(1997)Mitochondrialproliferationandparadoxicalmembranedepolarizationduringterminaldifferentiationandapoptosis inahumancoloncarcinomacellline.J.CellBiol.138,449–469 9Pinton,P.etal.(2001)TheCa2+concentrationoftheendoplasmic reticulumisakeydeterminantofceramide-inducedapoptosis:significanceforthemolecularmechanismofBcl-2action.EMBOJ.20,2690–2701 10Smirnova,E.etal.(2001)Dynamin-relatedproteinDrp1isrequiredformitochondrialdivisioninmammaliancells.Mol.Biol.Cell12,2245–2256 11Szabadkai,G.etal.(2004)Drp-1-dependentdivisionofthemitochondrialnetworkblocksintraorganellarCa2+wavesandprotectsagainstCa2+-mediatedapoptosis.Mol.Cell16,59–68 12Smirnova,E.etal.(1998)Ahumandynamin-relatedproteincontrols thedistributionofmitochondria.J.CellBiol.143,351–358 13James,D.I.etal.(2003)hFis1,anovelcomponentofthemammalian mitochondrialfissionmachinery.J.Biol.Chem.278,36373–36379 14Alirol,E.etal.(2006)ThemitochondrialfissionproteinhFis1requires theendoplasmicreticulumgatewaytoinduceApoptosis.Mol.Biol.Cell 17,4593–4605 15Jagasia,R.etal.(2005)DRP-1-mediatedmitochondrialfragmentation duringEGL-1-inducedcelldeathinC.elegans.Nature433,754–760 16Willis,S.N.andAdams,J.M.(2005)Lifeinthebalance:howBH3-only proteinsinduceapoptosis.Curr.Opin.CellBiol.17,617–625 17Goldstein,J.C.etal.(2000)Thecoordinatereleaseofcytochromec |
