自噬干货分享系列之线粒体自噬的研究策略

上期我们介绍了自噬干货分享系列之内质网自噬的研究策略，那么本期将继续进行“自噬干货分享”，本期内容主要从线粒体自噬分类、介导线粒体自噬的经典通路、线粒体自噬的诱导与抑制来进行介绍。

什么是线粒体自噬？

在ROS、营养缺乏、细胞衰老等外界刺激的作用下，细胞内的线粒体发生去极化出现损伤，损伤的线粒体被特异性包裹进自噬体中并与溶酶体融合，从而完成溶酶体的降解，这个过程称为线粒体自噬。线粒体自噬是细胞在应对氧化应激等压力条件下的生物学现象，用于清除多余的或者功能失调的线粒体，以维持线粒体数目和质量的平衡，对于整个线粒体网络的功能完整性和细胞生存来说十分关键。

线粒体自噬分类

1、基础线粒体自噬：细胞持续清理衰老和损伤的线粒体，确保线粒体能循环利用。线粒体自噬水平较高的器官包括：心脏、肝脏、肾脏、骨骼肌和神经系统等；

2、应激诱导型线粒体自噬：细胞外应激信号会影响线粒体的生理功能，并且会引起线粒体膜电位消耗，导致急性线粒体清除；

3、程序性线粒体自噬：程序性线粒体自噬会在不同细胞的发育过程中被激活，包括视网膜神经节细胞发育，体细胞向多能干细胞的化学重编程过程，心肌细胞的成熟，红细胞分化，受精后精子来源的线粒体清除等过程。

图1.线粒体自噬的分类[1]

介导线粒体自噬的经典通路

1、 PINK1/Parkin信号通路。在健康的线粒体中，PTEN诱导激酶1（PINK1）通过线粒体靶向序列靶向线粒体，并通过TOM/TIM复合体进入到线粒体内膜，随后PINK1被线粒体内膜中的蛋白酶PARL切割，并最终被蛋白酶体降解。当线粒体受损时，线粒体膜电位下降，PINK1无法进入线粒体内膜并在线粒体外膜积累，激活并招募Parkin，Parkin介导线粒体底物泛素化，泛素化后，包括p62在内的受体蛋白在线粒体外膜积累，导致泛素化产物通过与LC3结合被招募到自噬体中，成熟的自噬体与溶酶体融合形成自噬溶酶体，包含的线粒体随后被降解。

图2.PINK1-Parkin介导的线粒体自噬[1]

2、 BNIP3/NIX信号通路。BNIP3和NIX均位于线粒体的外膜，在缺血、缺氧的条件下，BNIP3 可通过以下2 种途径诱导细胞内线粒体自噬的发生：①BNIP3能通过其BH3结构域调控自噬的核心蛋白Beclin-1竞争性地与Bcl-2结合，进而诱导Beclin-1的大量释放，激活线粒体自噬的发生；②BNIP3的N端具有LIR序列，其可识别LC3，并与之直接结合，从而诱导线粒体自噬的发生。

图3.受体介导的自噬[1]

3、FUNDC1信号通路。FUNDC1是调控线粒体自噬的关键受体。在正常条件下，FUNDC1被酪氨酸激酶磷酸化，此时与LC3的亲和力降低在缺血缺氧条件下酪氨酸激酶被灭活，FUNDC1与LC3的亲和力显著提升，并且FUNDC1可以被丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶通过去磷酸化的形式激活，进而诱导线粒体自噬的发生。

线粒体自噬研究工具

线粒体自噬受到了越来越广泛的关注，那么我们如何直观地研究线粒体自噬呢？汉恒生物提供的线粒体自噬病毒研究工具，便于感染目的细胞后直观地观察线粒体自噬的变化。EGFP-LC3单标记的荧光探针可以监测 LC3 蛋白参与自噬起始过程，Mito-dsred线粒体特异性定位荧光探针可定位线粒体，两者共转染细胞即可准确实时地追踪线粒体自噬的动态过程。另外，mt-Keima探针可独立应用于线粒体自噬的研究，Keima是一种H敏感的荧光蛋白，发射峰为620nm，在中性和酸性环境中分别于440nm和550nm处被激发，因此，随着时间的推移，递送到溶酶体的keima量可以通过在550nm处激发的信号强度和在440nm处激发的信号强度的比值来估计。鉴于发生自噬的线粒体最终会进入酸性的溶酶体中，所以将特异性定位于线粒体（mitochondrial）基质的靶向序列与keima融合形成mt-keima，可指示通过自噬途径进入溶酶体中的线粒体。另外，我们还有Cox8a基因融合绿光和红光（Cox8a-EGFP-mcherry）来研究线粒体自噬的病毒。

汉恒生物还有多种线粒体自噬通路单标研究工具Parkin-EGFP、Bnip3-EGFP、Nix-EGFP、FUNDC1-EGFP，与Mito-dsred线粒体共感染目的细胞，confocal检测共定位情况，可鉴别相关信号分子的线粒体转位。

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本期“线粒体自噬研究”介绍就到此结束了，相信看到这里的小伙伴一定有所收获，对于线粒体自噬也更加了然于心。下期我们将介绍“分子伴侣介导的自噬”，我们下期再见！

参考文献：

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