蛋白质构象疾病以错误折叠蛋白质的毒性聚集为特征,是一个日益增多的人类疾病家族,包括阿尔茨海默病、帕金森综合征、肌萎缩性侧索硬化症以及聚谷氨酰胺和多胺扩张症(1). 这些疾病的一个共同特征是形成有毒蛋白质的细胞内聚集体。在肌肉中,肌原纤维结构由结蛋白和其他中间丝维持,细胞内蛋白聚集体包含结蛋白,结蛋白细胞结构的扰动是疾病的主要特征(导致命名为结蛋白相关肌病)。[随着发现这些细胞内包涵体中存在许多其他蛋白质,更通用的术语肌原纤维肌病经常被使用(2).] 在所有这些肌肉疾病中,心肌病是死亡的主要原因。
心脏上累积的病理应激引发失败综合征(三)这是发病率和死亡率的主要来源,也是全球医疗资源的严重消耗。Desmin-related心肌病(DRCMs)是一种特别严重的进行性心力衰竭,目前尚无有效的治疗方法。这类疾病是由几种不同蛋白质的突变引起的,包括结蛋白、肌钙蛋白和肌营养不良蛋白(4). 在一个子集中,疾病是由结蛋白和αB-晶体蛋白(CryAB)(一种小的热休克蛋白)之间的相互作用失败引起的(5). CryAB与结蛋白结合,作为分子伴侣发挥作用,防止结蛋白聚集,从而维持肌原纤维结构(6). 破坏结蛋白和CryAB之间相互作用的突变产生蛋白质聚集、肌原纤维紊乱、心脏功能障碍和心源性猝死的表型(4,7).
由错义(CryAB)引起的DRCM指数家族的临床表现120G兰特)突变的特征是早发性白内障、近端和远端肌肉无力以及严重的心肌病(7). CryAB公司120G兰特-相关的DRCM现已在两个独立衍生的转基因小鼠模型中复制(8,9). CryAB120G兰特突变导致蛋白质聚集和攻击性形成(10),线粒体毒性(11)蛋白酶体功能的破坏(12)并诱发“还原应力”状态(9). 然而,鉴于CryAB120G兰特-诱导的发病机制已经有了很好的特征,我们对保护心肌细胞免受CryAB损伤的适应性细胞途径的了解有限120G兰特-诱导的蛋白质毒性。
自噬作为一种涉及多种疾病状态的细胞应激反应,越来越受到人们的重视(13). 我们小组和其他小组的研究表明,心肌细胞自噬是通过压力过载和缺血/再灌注激活的,其最显著的特征是溶酶体介导的蛋白水解机制(14). 鉴于过多的蛋白质聚集是CryAB的核心120G兰特病理学方面,我们假设自噬,一种大量蛋白降解的过程,可能是心脏在DRCM环境下保护自身的机制。
CryAB的一些特性120克-诱导性心肌病使我们假设,在这种情况下,自噬以一种保护性的方式发挥作用。CryAB公司120克-相关的DRCM是由终末分化非分裂细胞中聚集诱导蛋白的慢性表达引起的。这种模式与神经退行性疾病非常相似,其中细胞内聚集物内蛋白质的异常沉积是一个显著的病理特征。该领域的主流理论是,自噬途径有助于清除过大而无法有效清除蛋白酶体介导的聚集物,从而起到有益的作用(15). 类似地,我们之前报道过压力超载或药物诱导的蛋白质聚集足以诱导强大的心肌细胞自噬,然后自噬起到减弱蛋白质聚集和攻击性形成的作用(16). 基于蛋白质聚集在这些疾病中的显著作用,我们假设自噬在DRCM中上调,减少有毒蛋白质聚集的积累,从而减缓疾病进展。
结果
突变体CryAB120G兰特增加心肌细胞中自噬体的丰度。
我们假设聚集倾向蛋白的存在会诱导心肌细胞的自噬活性。为了验证这个假设,新生大鼠心室肌细胞(NRVMs)感染了表达WT人类CryAB(Ad-CryAB)的病毒重量),病毒表达突变型人类CryAB120G兰特(Ad-CryAB公司120G兰特),或清空病毒(控件)。感染细胞培养5天,然后进行EM分析,以评估与自噬体一致的双膜结合液泡。
正如预期的那样,并且与许多细胞中已知的组成性自噬的“内务管理”功能一致,在对照组和Ad-CryAB组中均检测到少量的自噬体重量-表达细胞(A类). 这些自噬体在形态上相对均匀,呈现出清晰可辨的双膜液泡,直径>0.5μm,含有异质蛋白质物质。与此形成鲜明对比的是,5天的Ad-CryAB120克表达触发了大的核周结构的出现(A类, *). 这些结构的出现暗示了微管组织中心(MTOC)以微管依赖的方式定位的受损蛋白质聚集的聚集性中间丝状物(10). 有趣的是,我们在攻击性阳性细胞的核周区检测到越来越多的自噬体,其形态与健康对照细胞中的自噬体不同。CryAB公司120G兰特-诱导的自噬体在形态上是异质的,有多层膜(与只有一层双层膜相反),含有高密度蛋白质物质,并显示出线粒体隔离的证据(A类,箭头)。尽管存在较大的核周聚集蛋白和累积的自噬体,但在5天的实验期内,细胞活力没有改变(B类).
CryAB公司120G兰特表达是心肌细胞自噬的有效激活剂。(A类)代表性低(×5000;上部)和高(×20000;下部)CryAB表达5天后NRVM的放大图像重量或CryAB120克在CryAB中有明显的聚集现象120G兰特-表达细胞(星号)以及广泛的核周自噬体(箭头)。(B类)尽管大量诱导自噬,但感染后5天细胞活力没有明显变化。(C类)用GFP-LC3构建物瞬时转染NRVMs,然后感染WT或突变体CryAB。20小时后,自噬被量化为点状阳性细胞数除以GFP+细胞总数。(D类)感染CryAB并进行mTOR免疫细胞化学处理的NRVM的代表性图像(各两例)。mTOR分布在表达WT CryAB的NRVM的细胞质中。相反,CryAB120G兰特触发形成核周聚集物,对mTOR和晶体蛋白染色。
量化Ad-CryAB引起的自噬活性增加120G兰特用GFP-LC3自噬报告基因转染NRVMs,然后感染对照腺病毒Ad-CryAB重量,或Ad-CryAB120G兰特LC3是早期自噬体的膜间成分,它从弥散的细胞溶质信号重新分布到点状小点是自噬的一个敏感而特异的指标(17). 感染24小时后,测量活细胞中自噬小泡的丰度,量化为GFP-LC3点状阳性细胞数除以GFP-阳性细胞总数。在这些实验中,自噬活性增加了2倍以上(P(P)<0.05)在表达Ad-CryAB的NRVM中120克,而Ad-CryAB感染重量没有效果(C类).
聚集物总是会吸收细胞质成分,包括伴侣和泛素和蛋白酶体途径的元素。在某些聚谷氨酰胺扩张性疾病中,细胞内蛋白聚集体会隔离mTOR(雷帕霉素的哺乳动物靶点),这是一种公认的自噬抑制剂,降低可溶性蛋白水平,从而增加自噬(18). 鉴于我们发现自噬激活与蛋白质聚集相关,我们评估了表达CryAB的NRVM中mTOR的定位120G兰特与亨廷顿病的研究结果一致,我们在表达突变晶体蛋白的细胞中检测到mTOR的核周融合(D类). 相反,mTOR在表达WT CryAB的细胞的细胞质中自由分布(D类). 因此,这些数据证实了由突变的CryAB诱导的蛋白质聚集触发心肌细胞自噬反应的观点。
抑制自噬增加CryAB的丰度和大小120G兰特-诱导骨料。
测试自噬体是否有助于清除CryAB120克–诱导蛋白聚集体,NRVM感染Ad-CryAB重量或突变型Ad-CryAB120克感染后,每天用5 mM 3-甲基腺嘌呤(3MA)处理细胞,这是一种III类磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)抑制剂,是一种启动自噬体形成所需的酶(19). 培养5天后,免疫细胞化学分析显示,WT CryAB蛋白广泛分布于感染Ad-CryAB的车用NRVM的细胞质中重量(A类). 3MA对自噬的抑制增加了CryAB样免疫反应信号的强度,但免疫反应仍弥散分布在细胞质中,没有蛋白质聚集或形成攻击性蛋白的迹象(A类).
自噬活性有助于清除CryAB120G兰特-诱导蛋白聚集体。(A类)描述NRVM经受5天CryAB的代表性图像120G兰特表达,显示强大的核周攻击性形成。用3MA(5 mM)使自噬变钝,显著增加了攻击性大小。(B类)钝性自噬增加了表达突变蛋白的细胞中不溶性CryAB的数量,但不增加WT蛋白的数量。(C类)CryAB之间的剂量-反应关系重量或CryAB120G兰特可溶性和不溶性蛋白质的表达和积累。(D类)CryAB公司120G兰特-在钝性自噬的环境下,诱导的聚集加速,这表明自噬途径起清除聚集物的作用。
与我们的EM研究一致,在Ad-CryAB中检测到CryAB相关的核周聚集物120克-受感染的NRVM(A类). 诺卡唑(10μM)对微管的破坏足以阻止核周融合,支持了它们具有攻击性的观点[支持信息(SI)图S1A类]. 此外,发现MTOC的结构成分γ-微管蛋白与结构共定位(图S1B类). 总之,这些发现证实了这些细胞内结构是有害的。
由于自噬机制在神经退行性疾病中被激活,以清除蛋白质聚集物,我们通过用3MA钝化自噬来测试自噬在心肌细胞攻击性形成中的作用。在这里,我们观察到令人愤怒的规模急剧增加(A类). 为了评估CryAB蛋白分布的变化,从CryAB-过表达细胞中分离出Nonidet P-40可溶性和不溶性蛋白。在CryAB中重量-表达细胞,CryAB仅在洗涤剂可溶部分检测到,而不考虑添加3MA来阻止自噬(B类). 相反,在Ad-CryAB的可溶和不可溶部分中都发现了CryAB120G兰特-感染细胞和3MA钝化自噬导致不溶性CryAB水平显著增加(B类). 在一系列剂量的CryAB中也观察到了类似的发现重量和CryAB120G兰特(C类). 因此,这些结果表明,自噬在CryAB的清除中发挥作用120G兰特蛋白质,可能有助于保护心肌细胞免受错误折叠聚集物的累积和随后并入攻击体。
CryAB阳性聚集物的流行率也因3MA而增加。为了检测潜在的动力学,我们量化了感染后3天和5天可检测到攻击性NRVM的数量。Ad-CryAB后三天120G兰特感染,占所有NRVM的23.1%(±7.1)(n个=479)为阳性。3MA处理显著增加了攻击性阳性细胞的数量,达到33.5%(±9.3,n个= 455,P(P)< 0.05). 感染后5天,48.8%(±14.4)的车用细胞(n个=274)为攻击性阳性,而在暴露于3MA的细胞中(n个=317),患病率增至66.3%(±10.1,P(P)< 0.05) (D类). Logistic回归分析表明,3MA处理的细胞中有害物质积累速度加快(P(P)= 0.03). 总之,这些发现表明CryAB的表达120G兰特蛋白质足以触发心肌细胞的强烈自噬活动。此外,这些数据表明,自噬活性是这些潜在毒性蛋白聚集体的清除途径。
心脏表达突变型CryAB120克显示自噬活性增加。
为了评估自噬与DRCM之间的关系,我们研究了表达心肌细胞限制性hCryAB的转基因小鼠120G兰特(αMHC-CryAB公司120G兰特)这是一种DRCM模型,其疾病进展与携带突变等位基因的人类非常相似(9). αMHC-CryAB公司120G兰特转基因,表达水平与我们的在体外研究(图S2),引发迟发性心肌病,伴有严重的病理重塑、蛋白聚集和10至12个月大时心力衰竭导致的死亡(9). 对2个月大的动物进行初步分析,这是心室重塑或心功能明显下降之前的一个时间点。
首先,与之前的报告一致(20),我们检测到αCryAB中晶体蛋白和结蛋白的显著共定位120G兰特老鼠(图S3). 此外,与我们的在体外研究,αMHC-CryAB公司120G兰特-抗CryAB免疫组织化学检测含核周聚集物心肌细胞的表达(图S4)即使在疾病的早期临床前阶段(见下文)。超微结构分析也揭示了许多蛋白质聚集体(图S4B类). 相比之下,正常的细胞结构,肉节和线粒体排列紧密,见于WT同窝婴儿(图S4B类). 再次,我们检测到大量的自噬体紧邻α聚集体MHC-CryAB公司120G兰特-表达心肌细胞,提示聚集蛋白和自噬之间的功能关系(图S4B类).
由于代谢应激和饥饿能够激活自噬,我们测试了自噬活性的增加是否是CryAB的结果120G兰特在心肌细胞内表达或全身性疾病的继发后果。为此,我们研究了每只动物的骨骼肌和心脏样本。骨骼肌(比目鱼肌)的超微结构分析MHC-CryAB公司120G兰特小鼠表现出缺乏聚集物,没有肌群紊乱,自噬活性没有增加(图S4B类). 事实上,这些转基因小鼠的骨骼肌在EM和WT窝友中是相同的,这表明系统因素不能解释所观察到的自噬途径的激活。
钝性自噬加速α的病理重塑MHC-CryAB公司120G兰特红心大战。
为了评估自噬活性对DRCM结构重塑的影响,我们研究了αMHC-CryAB公司120G兰特老鼠跨入贝克林1背景单一。贝克林1,前自噬基因的哺乳动物同源物自动液位计6在酵母中,是Atg12–Atg5结合物向前吞噬体膜募集所必需的(21)因此是自噬囊泡形成所必需的。尽管贝克林1−/−小鼠是不能存活的,已经证明杂合子贝克林1+/−动物的自噬能力减少了约50%(22,23). 在9个月大时对心脏进行了研究,此时αMHC-CryAB公司120G兰特模型(表S1)但死亡率还不算太高。在这个年龄段,衡量心室收缩功能的缩短百分比(%FS)平均≈40%;稍后时间点低于此值表示终末期心力衰竭具有心脏性猝死的高风险(24). 超声心动图测定后壁厚度和心脏肿块尸检评估均显示αMHC-CryAB公司120G兰特和αMHC-CryAB公司120G兰特;贝克林1+/−老鼠(表S1).
心脏用马森三色染色法染色(图S5A类)或苦味酸红(数据未显示)表示间质纤维化,这是病理性心肌重塑的标志,也是细胞死亡的间接标志。在WT和贝克林1+/−小鼠,在9个月时,我们没有检测到间质纤维化的迹象。相反,9个月大的αMHC-CryAB公司120克动物表现出广泛的细胞内聚集,但只检测到轻微的纤维化增加。类似于αMHC-CryAB公司120G兰特与我们的在体外研究发现,αMHC-CryAB公司120G兰特;贝克林1+/−老鼠。然而,与其他三种基因型相比,αMHC-CryAB公司120G兰特;贝克林1+/−小鼠表现出严重的病理重塑迹象,其特征是间质纤维化的广泛沉积(增加3倍)(图S5A类).
在超微结构分析中检测到其他定性差异CryAB公司120克自噬被钝化的心脏贝克林1单倍不足。尽管两者都是αMHC-CryAB公司120G兰特和αMHC-CryAB公司120G兰特;贝克林1+/−心脏含有蛋白质聚集体,在αMHC-CryAB公司120G兰特;贝克林1+/−老鼠(图S5B类). 通过评估心室裂解液中的高分子量多泛素化蛋白,在免疫印迹上获得了蛋白质聚集的额外证据。这些高分子量蛋白质的丰度在WT和贝克林1+/−动物(图S5C类). 与含有降解蛋白质的聚集体的诱导一致,αMHC-CryAB公司120G兰特心脏中的高分子量多泛素化蛋白含量增加。与自噬途径在消除这些蛋白质中的作用一致,它们在α中的丰度甚至更高MHC-CryAB公司120G兰特;贝克林1+/−动物(图S5C类).
减少自噬不会增加细胞凋亡。
自噬和凋亡信号通路之间存在显著的相互作用(25,26). 例如,类似类型的应激可以诱导细胞凋亡或自噬,这取决于细胞环境,当细胞被诱导凋亡而caspase的激活被阻止时,细胞通过caspase非依赖性机制死亡(27). 在小鼠CryAB心肌限制表达的不同转基因模型中120G兰特据报道,在动物死亡很早(≈5个月)的模型中,细胞凋亡增加(11). 在我们的中度过度表达(≈6倍)hCryAB模型中检测细胞凋亡对心力衰竭的影响120G兰特对5月龄和9月龄动物的心脏石蜡固定切片进行TUNEL染色。心脏大小和性能(α)MHC密码120G兰特小鼠在5个月龄时均正常,而在9个月龄出现心力衰竭症状(见下文)。WT和贝克林1+/−在这两个时间点,小鼠表现出极低水平的TUNEL阳性细胞(图S6A类). 在5个月时,TUNEL阳性细胞在两种αMHC-CryAB公司120G兰特和αMHC-CryAB公司120G兰特;贝克林1+/−心脏(图S6B类),并且增长相似(P(P),不显著)。9个月大时也有类似的发现,此时明显存在明显的病理重塑。事实上,我们检测到αMHC-CryAB公司120G兰特;贝克林1+/−9个月龄心脏与αMHC-CryAB公司120G兰特(图S6B类). 在Western blot上获得了缺乏上调凋亡活性的额外证据,其中caspase-3裂解没有变化(图S6C类)或Bcl-2磷酸化(数据未显示)。
自噬减弱加速α型心衰进展MHC-CryAB公司120G兰特老鼠。
9个月时的尸检结果与下调的自噬促进多泛素化蛋白积累、攻击性形成和病理重塑的观点一致。为了确定这些自噬活性的增加是适应性的还是不适应性的,αMHC-CryAB公司120G兰特小鼠与贝克林1单倍体小鼠。我们利用这些小鼠自噬反应的减弱来滴定细胞对CryAB公司120G兰特我们通过连续超声心动图评估心脏结构和功能,然后进行尸检分析。
WT和贝克林1+/−在12个月的研究期间,小鼠没有表现出心脏功能受损的迹象(A类). %FS始终保持在70-80%,与之前的报告一致(23). 如预期,αMHC-CryAB公司120G兰特9个月大时,小鼠的%FS逐渐下降,与WT相比达到统计学意义(A类). 到12个月大时,这些小鼠表现出明显的心力衰竭(%FS<40%)。
α-心衰加速和早期死亡率MHC-CryAB公司120G兰特;贝克林1+/−老鼠。(A类)通过连续超声心动图监测非睡眠动物的心功能。αMHC-CryAB公司120G兰特动物出现迟发性心力衰竭,9个月时出现功能下降的最初迹象,12个月大时出现心力衰竭。相反,αMHC-CryAB公司120G兰特;贝克林1+/−小鼠表现出加速的病程,6个月时出现明显的早期功能下降迹象,9个月时表现为终末期心力衰竭。(B类)9个月大的动物中记录的典型M型超声心动图。(C类)收缩性能的下降主要是由收缩末期左心室内径(LVIDs)的逐渐增加引起的,而舒张末期直径(LVIDd)几乎没有变化。到12个月大时CryAB公司120G兰特;贝克林1+/−动物死亡率为100%。(D类)RCAN1的积累,表明钙调神经磷酸酶的激活,如αMHC-CryAB公司120G兰特9个月大时的心脏。αMHC-CryAB公司120G兰特;贝克林1+/ −心脏。
测试自噬活性在αMHC-CryAB公司120克小鼠,我们研究了αMHC-CryAB公司120G兰特;贝克林1+/−老鼠。有趣的是,这些小鼠的心脏功能下降速度大大加快(A类). 事实上,这些动物在6个月时心脏功能显著下降,9个月时出现严重心力衰竭,与αMHC-CryAB公司120G兰特(P(P)=0.007(按log-rank统计)( A类和B类). 死亡率显著增加(P(P)<0.05)单位:αMHC-CryAB公司120G兰特;贝克林1+/−小鼠:CryAB120G兰特;b条羽化1+/−到9个月大时,小鼠表现出25%的死亡率(八只动物中有两只),而WT(七只动物中没有死亡),贝克林1+/−(九的零),或α-MHC密码120G兰特(八只动物中的零只)。超声心动图测定后壁厚度和心脏肿块尸检评估均显示αMHC-CryAB公司120G兰特和αMHC-CryAB公司120G兰特;贝克林1+/−老鼠(B类和表S1). 有趣的是,在两个α中-MHC-CryAB公司120G兰特和CryAB公司120G兰特;贝克林1+/−在小鼠中,心力衰竭本质上是收缩性的,收缩末期直径显著增加,但舒张末期尺寸无明显变化(C类).
最后,为了探讨细胞内信号机制的作用,我们测量了病理信号分子钙调神经磷酸酶下游靶点RCAN1(钙调神经调节蛋白)的稳态水平。在αMHC密码120G兰特心脏(D类)与心肌病表型一致。RCAN1水平在αMHC-CryAB公司120G兰特;贝克林1+/−心脏,与钙调神经磷酸酶在钝性自噬中的额外激活相一致。
讨论
突变或受损蛋白质的错误折叠和聚集是多种神经退行性疾病、骨骼肌病和心力衰竭的发病机制的基础。在这些疾病中,负责识别和处理聚集蛋白质的细胞机制被淹没,导致有毒蛋白质的可溶性和不溶性亚型的积累。本研究揭示了DRCM中的自噬活性,并证明自噬活动在这种疾病中通过清除有毒聚集物起到保护作用。
蛋白质病。
在患有特发性或缺血性心肌病的人类心脏中,检测到细胞液中异常的蛋白聚集和泛素化蛋白的积累(28,29). 我们小组最近的研究表明,在一种非常常见的后天性心脏病,即负荷性心力衰竭中,蛋白质聚集体和有害物质的积累(16). 在结蛋白相关肌病的病例中,严重的心肌病和早期死亡被认为至少部分是由细胞内结蛋白结构的破坏引起的,导致收缩功能障碍和细胞损伤。在其他蛋白质病病例中,突变蛋白对细胞有毒的机制尚不清楚。虽然一些机制可能是疾病特异性的,与突变或错误折叠蛋白的功能丧失有关,但普遍认为早期的、仍能溶解的聚集物具有潜在毒性(30). 事实上,证据表明,正是可溶性前淀粉样体聚集体对神经元毒性最大(31). 此外,在许多情况下,导致蛋白病的突变赋予相关蛋白功能的毒性增益。
分子伴侣,如HSP70,监测蛋白质质量,或者促进错误折叠的蛋白质的折叠,或者通过蛋白酶体促进降解。多余的错误折叠的蛋白质脱离了这种质量控制机制,开始聚集。蛋白质聚集体的存在反过来会压倒并抑制蛋白酶体的活性,从而可能破坏其他重要的蛋白酶体功能(32). 自噬可以通过清除逃避蛋白酶体清除的聚集物来缓解蛋白酶体抑制。同时,未经处理的蛋白质聚集体被导向核周聚集物中的隔离。
我们观察到的低水平凋亡活性可能在一定程度上与αMHC-CryAB公司120G兰特但它不太可能是导致心脏衰竭的唯一原因。此外,我们没有检测到αMHC-CryAB公司120G兰特;贝克林1+/−小鼠与αMHC-CryAB公司120克尽管前者明显加速了心力衰竭的进展。该观察结果与另一种DRCM模型的先前研究形成对比,后者的疾病进展相对于我们的模型明显加快(20). 这表明,由聚集蛋白表达增加引起的细胞反应与通过自噬清除处理这些聚集物之间存在差异。有趣的是,我们的α线MHC-CryAB公司120G兰特小鼠出现收缩功能衰竭,但没有证据显示腔室扩张,而αMHC-CryAB公司120G兰特罗宾斯及其同事培育的小鼠(20)表现为高水平的细胞凋亡,随着心室扩张而发展为收缩功能障碍。这种明显的差异提出了一种有趣的可能性,即这些不同的转基因株系可能会突出DRCM不同的阶段特异性特征。
自噬和肌原纤维肌病。
在营养缺乏的情况下,自噬活动是适应性的,因为细胞溶质成分的降解释放了中间代谢的底物。自噬也是一种清除受损蛋白质和细胞器的机制,否则可能有毒或触发凋亡死亡。一些证据表明,自噬可以有效地靶向聚集物大小不足以在光学显微镜上看到的物种(33). 对自噬基因神经元限制性失活小鼠神经元内包涵体形成的观察与自噬清除可溶性和低聚物前体的能力一致(34,35). 一般来说,聚集能力而不是蛋白质聚集本身似乎与毒性有关。然而,在大脑和心脏中,很少有人知道这些细胞内内含物本身是否有毒,或者它们是否代表了一种将有害的可溶性蛋白质隔离在细胞质中的代偿机制。然而,有人提出了一个模型,在该模型中,神经退行性疾病中增加的自噬活性并不直接清除聚集物本身,而是清除聚集前体,从而使平衡偏离聚集形成(30).
由聚谷氨酰胺扩张突变引起的疾病,如亨廷顿病、帕金森病和其他迟发性神经退行性疾病,在很大程度上依赖于清除细胞内蛋白聚集体的宏观自噬途径(30). 每一种疾病都是由终末分化的有丝分裂后细胞中一种显性负性聚集倾向蛋白的表达引起的。在这种情况下,能够去除受损蛋白质的机制尤其重要,因为替换缺陷细胞的能力有限。在这里,我们描述了心肌细胞中自噬小泡丰度的增加,以响应引起DRCM的突变蛋白的表达。然而,在聚集性疾病的细胞和苍蝇模型中,自噬活性已被证明具有保护作用(18),我们的研究在哺乳动物肌病模型中证明了这一点。
心脏病自噬。
最近的研究揭示了自噬活性在缺血/再灌注损伤和心力衰竭中的作用。根据应激源和疾病背景,这些研究指出了这种蛋白质清除途径的适应性或不适应性作用(14). 在这里,我们报告了由细胞内蛋白质异常聚集触发的心肌细胞自噬是有益的,这与神经退行性疾病的观察结果一致。事实上,越来越多的证据表明自噬是与细胞质聚集蛋白相关的遗传病中的一种保护性反应(36)我们将其扩展到由伴侣功能缺陷引发的心脏病。事实上,有人认为自噬在蛋白质构象疾病中可能有两种不同的有益作用。首先,该途径的功能是清除导致这些疾病的主要毒素。其次,增强的自噬减弱了对各种损伤的凋亡反应,使细胞对程序性细胞死亡具有抵抗力。重要的是,最近的研究表明,在与细胞内蛋白聚集相关的多种疾病模型中,自噬的药理学上调具有保护作用,这提高了自噬激活作为一种新的治疗策略的令人兴奋的前景。
有一些证据表明,Beclin 1表达增加的自噬激活表明自噬活动受损(23,37). 值得注意的是,我们没有看到α中Beclin 1水平的升高MHC-CryAB公司120G兰特小鼠(数据未显示),与自噬在这种情况下是有益的一致。
重要的是要认识到,自噬小泡丰度的增加可能是由于小泡形成增加或小泡清除受阻所致。我们的证据表明αMHC-CryAB公司120G兰特蛋白质刺激小泡的形成(而不是抑制其清除),因为无论从药理学还是遗传学角度来看,自噬能力的降低都会增加聚集蛋白质的丰度。因此,这个事实表明,CryAB引起的蛋白质聚集120G兰特确实可以通过自噬途径被清除。也就是说,CryAB仍然有可能120G兰特-相关聚集物最终压倒并抑制自噬,其抑制蛋白酶体功能的方式与已被证明的相同。在这两种情况下,我们发现DRCM在自噬能力降低的动物中更严重,进展更快,这表明增加自噬功能可能对患有这种疾病和相关疾病的患者有益。
观点。
Desmin相关心肌病是一种严重的进行性疾病,治疗选择有限。在这篇文章中,我们将自噬确定为对CryAB的强大细胞反应120G兰特-并进一步证明这种反应在减缓疾病进展中起着重要作用。这些发现具有临床相关性,原因如下:(我)他们表明,在DRCM中,自噬是一种适合作为治疗干预的途径(ii(ii))他们认为,个体间自噬能力或反应性的变化可能是疾病异质性表现的原因,以及(三)它们可以作为不同分子病因的肌原纤维肌病的范例。最后,鉴于改变自噬过程的药物已经在临床上使用,这一领域的进展更为迫切。