委员会导致的死亡：器官贩运与细胞凋亡中的沟通

摘要

细胞凋亡是细胞通过精心设计的自我构造而死亡的过程，是对环境或发育线索、细胞应激和特定细胞死亡信号的反应。这种自我分裂的死亡，因细胞的特征性圆形和“脱落”而得名，涉及许多进化上保守的生化途径，这些途径已经被深入研究了二十多年（回顾于(1))。凋亡细胞死亡通常以细胞器向内崩溃、质膜“起泡”进入泡状凋亡小体和遗传物质破坏为特征。通过对线虫的遗传研究，发现了驱动这种凋亡过程的分子事件秀丽线虫，这表明了塞得-3,塞得-4和塞得-9基因控制着一个有效的细胞死亡程序。寻找与之对应的哺乳动物塞得-3,-9以及-4已识别塞得-9作为“B类-c（c）厄尔我ymphoma“Bcl-2癌基因和20多个相关的Bcl-2家族成员。调查塞得-3揭开了一个18岁家庭的面纱c（c）半胱氨酸阿司匹林artate蛋白碱性磷酸酶，创造了“半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶”，通过切割400多种已确定的底物来调节和执行细胞凋亡，这些底物在细胞、代谢和发育过程以及炎症、退行性疾病和癌症中起着重要作用(1——三).

调节细胞凋亡的分子事件取决于细胞类型以及死亡诱导的背景。尽管如此，关键的分子里程碑对于许多细胞死亡模式来说是共同的(图1)。“执行体”半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（如caspase-3）在上游、顶端“启动子”半胱天冬酶（如caspase-8）激活后，执行凋亡程序的最终承诺步骤，该半胱天蛋白酶通过两条广义途径激活凋亡。在采用I型通路的细胞中，启动子半胱天冬酶直接裂解并激活不依赖于线粒体的作用的执行子半胱氨酸天冬酶(4)。然而，在II型细胞中，启动子caspase通过Bcl-2蛋白（如Bid）触发执行子caspases的激活，后者通过以下途径促进细胞色素c从线粒体释放到细胞液中米线粒体米膜第页渗透（MMP）(4)。释放后，细胞溶质细胞色素c与一爆裂的第页蛋白酶一激活（f）演员Apaf-1建立一种多聚体“凋亡体”复合物，该复合物激活胱天蛋白酶-9以放大刽子手胱天蛋白酶的激活。

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图1

半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶激活和细胞死亡的基本途径

细胞凋亡是由细胞内应激或细胞外通过配体与细胞表面死亡受体结合而引发的。I型途径通过启动子半胱天冬酶直接激活执行者半胱氨酸酶，导致死亡。在II型通路中，死亡信号通过Bcl-2蛋白如Bid和线粒体传递，以控制细胞色素c的释放。细胞色素c结合Apaf-1，激活凋亡小体和caspase-9，导致执行者caspase-3激活和细胞死亡。

通过半胱天冬酶最终激活细胞死亡的信号级联由细胞器特异性事件启动和调节(5)。然而，死亡途径直到最近才开始与细胞内蛋白质和细胞器贩运的基本细胞生物学范式相结合。在这篇综述中，我们描述了在分子和细胞器水平上细胞内凋亡信号事件和细胞贩运之间出现的联系。在经典和最新数据的基础上，我们提出了死亡受体和应激诱导的凋亡模型，其中凋亡事件促进细胞器和蛋白质的结合途中到核旁区域协调溶酶体、线粒体、e（电子）内质的第页小叶（ER）、高尔基体和细胞核。

Bcl-2蛋白调节细胞器的“生或死”决定

Bcl-2蛋白调节不同细胞器中心的促凋亡和抗凋亡信号传递过程，以调节凋亡通讯、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶激活和进行细胞自杀的最终决定(图2)。虽然这种不同蛋白质家族的成员主要是在调节线粒体释放细胞色素c等凋亡因子方面发挥作用（综述于(6))，它们还对健康细胞执行一些日常调节功能。这包括Bcl-2蛋白在内质网中维持内质网稳态的作用(7)在细胞核中控制遗传完整性(8)，在突触上调节神经传递(9)以及调节线粒体分裂和细胞代谢的线粒体(10,11).

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图2

Bcl-2蛋白在多个细胞器部位调节细胞凋亡

Bcl-2蛋白聚集在线粒体上，控制细胞色素c和SMAC/DIABLO等凋亡因子的释放，以增强caspase的激活(6)。内切酶G、AIF和活性氧等因子也从线粒体释放到细胞核，促进基因组破坏(5,87)。线粒体Bax/Bak释放事件由Bid易位到线粒体和半胱天冬酶或溶酶体组织蛋白酶切割Bid激活(33,43)。全长Bid通过与PACS-2相关联被转运至线粒体(59)。活性组织蛋白酶在Bax和Bim转移到溶酶体时从溶酶体中释放出来，半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶激活a-SMase产生神经酰胺，激活组织蛋白酶(42,48,49)。诸如Bad、Bax和PACS-2等凋亡蛋白被14-3-3蛋白隔离，并在去磷酸化和14-3-3释放后变得活跃(28)。p53和组蛋白H1.2等因子也以线粒体为凋亡靶点，调节Bax活化和凋亡(94,95)。Bcl-2蛋白通过IP3R通过ER钙释放额外调节细胞凋亡，以调节ER线粒体串扰(73,75,77)并通过与Ire1的互动影响UPR(74).

Bcl-2蛋白家族成员根据最多包含四种功能性蛋白进行分类B类第2类小时同源“BH域”（在(12))。“多BH结构域”蛋白可以参与促凋亡和抗凋亡功能，而迄今为止，单一的“仅BH3结构域”蛋白质严格来说是促凋亡的。多BH结构域成员Bax、Bak和Bok部分定位于线粒体外膜，是线粒体孔形成所必需的，以允许释放促凋亡因子，如细胞色素c、秒秒米线粒体的一的激活器c（c）aspases SMAC/DIABLO一爆裂我启动（f）激活细胞核内半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶和内切酶G的因子AIF，内切酶是一种降解核DNA的凋亡DNA酶(6) (图2)。促凋亡BH3-结构域蛋白，如Bid、Bim和PUMA，在诱导凋亡后诱导Bax和Bak活化，以促进MMP。这种通透性由抗凋亡的多BH域蛋白调节，如Bcl-2蛋白本身、Bcl-xl、Bcl-w、Mcl-1和A1，这些蛋白可阻止BH3亲细胞激活Bax和Bak。虽然推测BH3-only蛋白如Bid和Bim直接与Bax和Bak相互作用以促进其激活和MMP，但最近的研究表明，BH3-only-proteins仅通过结合和干扰抗凋亡Bcl-2家族成员间接激活MMP(13).

Bax和Bad的活化和封存

Bax的活化和向线粒体的转运受Bax二聚/齐聚和去磷酸化的调节(6)并被caspase激活的前馈波放大(14)。非凋亡性Bax以单体状态固定在细胞溶质中或松散地附着在线粒体或内质网(15) (图2)。在凋亡激活后，Bax寡聚并暴露其C末端片段形成疏水突起，在必要的步骤中插入线粒体外膜以诱导细胞色素C释放(6)。Bax在丝氨酸184处被诸如Akt/PKB等阻止Bax活化和向线粒体移位的促生存激酶磷酸化(16)。Bax的磷酸化受鞘磷脂信号通路的影响，鞘磷脂信号途径协调高尔基体、内质网和线粒体之间的细胞间通讯。凋亡信号中的一个关键鞘磷脂是神经酰胺，神经酰胺是合成的从头开始内质网和凋亡线粒体(17)。神经酰胺也是通过溶酶体上鞘磷脂酶活性的凋亡上调而酶促形成的(18) (图2)。神经酰胺直接结合并激活多种凋亡酶，包括第页蛋白质第页磷酸酶PP2A(17)在丝氨酸184处对Bax进行去磷酸化，以增加其与线粒体的联系在体外和体内(19,20).

在健康细胞中，Bax通过细胞溶质滞留因子保持在非凋亡的可溶性单体状态。这与一些Bcl-2家族成员（如Bim和Bmf）形成对比，后者通过与运动蛋白亚基的结合而被隔离在不同的隔室和细胞骨架结构中(21,22)。Bax细胞溶质保留因子包括人类蛋白，一种哺乳动物抗凋亡肽(23); Ku70，一种Bax氘化蛋白和Ku-DNA修复复合物的亚单位(24); 和14-3-3蛋白(25)。14-3-3蛋白结合200多种“客户”磷蛋白体内调节细胞存活以及细胞周期和细胞分裂事件(26)。14-3-3蛋白以非常规Bax磷酸化独立方式隔离Bax(25)。更典型的是，14-3-3蛋白在特定的磷酸化位点结合客户以阻止客户的促凋亡活性。这包括Bad，它被Akt/PKB在丝氨酸136处磷酸化以建立14-3-3结合位点(27)。一旦Akt生存信号丢失或PP2A凋亡激活，Bad就会去磷酸化并释放结合的14-3-3蛋白。去磷酸化Bad随后转位到线粒体，与Bcl-2的抗凋亡作用相互作用并抑制其作用，从而激活Bax和MMP(27,28)。除去磷酸化外，14-3-3自身的凋亡Jnk磷酸化可使客户如Bax、Bad和c-Abl从14-3-3蛋白中释放出来，从而允许客户在凋亡诱导时转位到线粒体或细胞核(29,30).

Bid转运到线粒体以激活Bax和MMP

与Bax和Bad不同，促凋亡的激活B类人3我相互作用天域死亡激动剂“Bid通过其裂解和肉豆蔻酰化发生，这驱动与线粒体的联系，其中Bid是Bax激活和MMP所必需的(31,32)。在连接死亡受体后，Bid在天冬氨酸59处被启动子和执行子胱天蛋白酶切割，产生有效的凋亡t吨润滑音“tBid”(31——33)。虽然全长型和截短型Bid都定位于线粒体，但tBid与线粒体的亲和力较高，并从分离的线粒体中释放细胞色素c在体外这些对Bid调控的观察最初建立了一个基于半胱氨酸蛋白酶裂解的模型来解释Bid线粒体易位(33)。在这个经典模型中，细胞溶质的全长Bid被caspase-8裂解，在甘氨酸60新暴露的氨基末端N-末端肉豆蔻酰化(34)然后插入线粒体膜激活Bax并驱动细胞凋亡。然而，最近描述活性半胱天冬酶8线粒体定位的研究表明，Bid裂解和活化发生在线粒体脂质微结构域上，这些微结构域将tBid的产生分隔在线粒体附近(35,36)。这种Bid被输送到线粒体后被裂解的Bid贩运模型与描述全长Bid向线粒体凋亡易位的报告一致(37——39)以及FRET研究表明tBid的形成与Bid向线粒体移位同时发生或随后发生(40).

溶酶体渗透和组织蛋白酶释放后的Bid裂解

除半胱天冬酶以外的蛋白酶也能裂解并激活Bid，包括颗粒酶B，这是一种由细胞毒性淋巴细胞释放的蛋白酶，在天冬氨酸75下裂解Bid(41)。溶酶体组织蛋白酶也促进Bid裂解和凋亡(42)。组织蛋白酶在酪氨酸47、谷氨酰胺57、精氨酸65和精氨酸71的两个α螺旋之间的非结构环中裂解Bid，生成tBid物种，尽管缺乏肉豆蔻酰化甘氨酸，但仍能诱导细胞凋亡(43)。这表明肉豆蔻酰化并非绝对必要，以将Bid靶向线粒体。溶酶体组织蛋白酶的激活和释放在MMP和细胞死亡中起着重要作用，因为组织蛋白酶抑制剂和基因敲除在Bid裂解水平上阻止细胞凋亡(42,43)。这在来自我结论-c（c）厄尔天疾病患者溶酶体水解酶活性缺乏，对TNFα死亡途径无反应，不能裂解Bid并激活半胱天冬酶(44)。同样，甘露糖-6-磷酸受体缺失小鼠不能将组织蛋白酶传递到溶酶体，具有ICD表型，对TNFα和CD95/FasL无反应(44)。有趣的是，死亡途径中组织蛋白酶的需求可能是特定于疾病细胞的，这些细胞在转化后对涉及线粒体和溶酶体通透性的II型途径变得敏感(45——47)。凋亡途径以组织蛋白酶和溶酶体为靶点的机制尚不清楚，但涉及溶酶体的启动子半胱天冬酶激活一酸性的秒芬戈米叶林ase公司（A-SMase）及其产生的神经酰胺，直接激活溶酶体组织蛋白酶(48) (图2)。Bax和Bim向溶酶体进行凋亡的Jnk依赖性易位后，活性组织蛋白酶释放到细胞液中，这一步骤受到Bax隔离蛋白Mcl-1的抑制(49)。死亡受体介导的凋亡促进组织蛋白酶和Bid的共同定位(42)以及溶酶体与线粒体的结合(50)，有人认为组织蛋白酶的释放和Bid的切割发生在线粒体和溶酶体之间的界面(51).

PACS-2介导全长Bid向线粒体的移位

假设Bid的裂解发生在线粒体附近或沿溶酶体-线粒体轴进行，这表明Bid在裂解之前定位于这些细胞器之间的界面(52)。与此模型一致，基于FRET的分析表明，在用TNFα处理HeLa细胞时，全长Bid与Bax相互作用，并且Bid直到激活caspase反馈扩增环后才被切割成凋亡程序(53)。Bid通过靠近Bid的半胱氨酸蛋白酶裂解位点的丝氨酸和苏氨酸残基的CK1和CK2磷酸化而保持活性，从而阻断蛋白酶的进入和裂解(54,55)。因此，在阻断肝细胞凋亡的肝癌癌前模型中，Bid的CK1磷酸化上调(56)。Bid的CK2磷酸化还调节全长Bid与多功能分选蛋白PACS-2的结合，PACS-2是一种酸性簇结合蛋白，将膜交通与ER线粒体通讯和凋亡结合在一起(57——60)。通过死亡受体或应激诱导细胞凋亡后，PACS-2与全长Bid相关，并从胞浆转运到线粒体(59)。在病变或转化细胞中，PACS-2的缺失抑制凋亡性Bid裂解和执行者caspase激活，但不抑制caspase-8，这表明Bid裂解发生在PACS-2介导的全长Bid传递到线粒体后(59,61)。PACS-2丝氨酸437的Akt磷酸化调节PACS-2稳态膜转运和凋亡活性中的功能开关，其结合14-3-3蛋白(61)。在死亡配体（如TRAIL）诱导凋亡后，PACS-2在丝氨酸437处去磷酸化，在Bid转运到线粒体和细胞死亡之前释放14-3-3蛋白(61)。值得注意的是，这种TRAIL诱导的PACS-2在丝氨酸437处的去磷酸化或不可磷酸化的Ser437Ala PACS-2突变体的表达阻断了PACS-2介导的将含有酸性簇的货物回收到ER(61)。因此，PACS-2丝氨酸437的去磷酸化可以作为稳态开关，触发PACS-2（膜交通的介质）成为细胞死亡的效应物，其将全长Bid转移到线粒体或溶酶体/线粒体界面，在溶酶体/线粒体界面中Bid被切割成tBid以驱动MMP、细胞色素c释放和细胞死亡。

Drp1介导的线粒体裂变将Bax和Bid招募到线粒体

在呼吸细胞中，线粒体不断融合和分裂，形成网状网络，交换代谢物并促进线粒体DNA的混合(62)。线粒体融合和分裂的这些过程对凋亡程序也至关重要，因为线粒体大小和形状的凋亡变化调节MMP和细胞色素c的释放。分裂和融合事件由GTPase蛋白调节，GTPase蛋白质改变线粒体膜和嵴的形态，使线粒体碎片化，并促进细胞色素c和其他因子从线粒体内部储存物中释放(63)。一键GTP酶天伊纳明第页兴高采烈的第页蛋白质Drp1(64)，与线粒体局部结合伙伴hFis1聚集在线粒体外膜的裂变部位，在膜断裂部位形成链状螺旋(65).

Drp1、Bax和Bid向线粒体的凋亡易位似乎是相互依赖的，因为Bax和Bid特别集中在Drp1产生的线粒体断裂位点(64) (图4)。同样，线粒体分裂和Drp1募集需要Bax/Bak依赖性地从靶向Drp1的线粒体内部存储释放Drp1结合蛋白DDP/TIMM8a(66)。由修改Drp1秒购物中心u个biquitin相关米通过SUMO结合酶Ubc9的修饰剂SUMO也将Drp1导向线粒体(67)而SENP5的去甲酰化作用限制了Drp1的招募(68)。用Mdivi-1（一种Drp1 GTPase活性的特殊化学抑制剂）处理细胞表明，Drp1是驱动线粒体分裂和细胞色素c释放所必需的(69)。有趣的是，Mdivi-1处理分离的线粒体可以阻止tBid处理后细胞色素c的释放在体外，表明Drp1 GTPase活性是MMP和细胞死亡的必要条件(69).

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图4

死亡受体结扎促进线粒体断裂、线粒体聚集和膜“混乱”

细胞表面死亡受体集中在含有GD3的脂筏中（红色）(146)。在死亡配体结合后，受体招募死亡适配器，并与筏一起内化到特定的内体隔室，如“TNF受体体”，以促进caspase-8（C8）激活(150,151)。受体小体与含有高尔基衍生小泡的前体水解酶融合，形成溶酶体多泡体，激活A-SMase和组织蛋白酶D（CTSD）。半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶和组织蛋白酶裂解Bid以促进Bax/Bak活化、细胞色素c释放和半胱氨酸蛋白酶活化(33,42,43)。线粒体定位的caspase-8将内质网定位的BAP31切割成p20片段，促进内质网钙释放(35,71)、PP2B活化和Drp1去磷酸化(70)以及线粒体断裂。线粒体DDP/TIMM8a释放(66)和Drp1 sumoylation(67,68)当线粒体沿（-）末端方向移动时，促进Drp1向线粒体断裂位点的移位(111)。Bax和Bid也被招募到这些富含GD3（红色）的断裂网站。线粒体碎片在靠近高尔基体的MTOC堆积导致高尔基体caspase依赖性断裂(139)以及高尔基体膜（蓝色）与线粒体“打乱”(50)。当含有GD3的筏（红色）内化到内胚体，然后定位到线粒体时，假设线粒体充当“货船”，将GD3从细胞表面运送到细胞核和邻近的细胞器(145).

此外，Drp1募集和线粒体分裂受凋亡ER钙释放的控制。钙激活PP2B/钙调神经磷酸酶，使丝氨酸656处的Drp1去磷酸化，从而激活线粒体分裂、细胞色素c释放和凋亡(70) (图4)。凋亡性内质网钙释放、线粒体分裂和线粒体断裂受半胱氨酸蛋白酶控制，半胱氨酸酶裂解完整的常驻内质网31kD“B类-细胞受体A类有关联的对蛋白质“BAP31(71)。在非凋亡细胞中，BAP31与内质网处的I类MHC分子结合，以调节其向质膜的最终传递(72)。然而，在凋亡诱导后，caspase-8将BAP31裂解为p20_{BAP31号机组}促进内质网钙释放的片段(35,71).

Bcl-2蛋白调节内质网钙释放

第20页_{BAP31号机组}-内质网钙的诱发释放和随后线粒体的断裂受内质网Bcl-2蛋白的控制(73)。基于ER的Bcl-2蛋白还通过与Ire1的相互作用调节未折叠蛋白反应（UPR），Ire1控制ER与细胞核的通讯(74)。尽管内质网相关的Bcl-2蛋白通过单跨膜螺旋结构域锚定，但Bcl-2蛋白质定位于内质网的机制仍未明确。在凋亡诱导过程中，内质网钙通过IP3受体释放，IP3受体受Bcl-2和Bcl-xl的直接作用调节(75——77)。Bcl-2的磷酸化可能促进与阻止受体磷酸化的IP3受体的相互作用(78)。在诱导凋亡后，Bcl-2被去磷酸化，并失去与IP3R的相互作用，从而与ER-localized Bax和Bak结合(78)。Bcl-2–IP3R相互作用的缺失促进IP3R磷酸化、钙释放、线粒体断裂和凋亡。p20的机制_{BAP31号机组}与Bcl-2蛋白通信，IP3R尚不清楚；然而，该过程需要ER-localized Bcl-2家族成员Bik(73)。线粒体断裂后，释放的细胞色素c转位到内质网，结合IP3R并通过需要PACS-2的前馈机制增加钙释放(58,59,79).

内质网和线粒体之间的通讯在代谢和凋亡过程中起作用，包括ATP、脂质和钙的交换。这种通讯不仅由于这两个细胞器的接近，而且通过内质网和线粒体之间的直接膜接触促进米线粒体-一有关联的米膜（MAM）(80——82)。这种接触有助于钙从内质网通过IP3R直接转移到线粒体(82)。在诱导细胞凋亡后，线粒体和内质网在核旁区域的共同定位增加，进一步增强了内质网和线粒体之间通过MAM的钙信号传导，以促进这些细胞器之间的钙转移(83)。MAM还充当鞘磷脂的合成场所以及它们在内质网和线粒体之间的转移(18,84)。PACS-2通过MAM维持内质网和线粒体的并置，通过将钙依赖性伴侣Calnexin定位于内质网，部分调节内质网稳态(58,59,80)。PACS-2还可能通过转运TRPP2调节凋亡的ER钙通讯(61,85)是一种抗凋亡离子通道，可限制ER和线粒体之间凋亡信号传递过程中可用的ER钙浓度(86)。死亡配体如TRAIL对PACS-2丝氨酸437的去磷酸化诱导凋亡，不仅驱动Bid转运到线粒体，而且阻断PACS-2介导的TRPP2向内质网的恢复(61)。综上所述，这些研究表明，PACS-2丝氨酸437去磷酸化调节PACS-2从膜流量调节器到细胞死亡诱导剂的功能转换，从而使凋亡性ER钙信号的净增加与向线粒体的转位Bid相协调。

线粒体和细胞核之间的凋亡通讯

线粒体与细胞核的凋亡并置促进AIF、核酸内切酶G和第页反应的o个氧气秒物种（ROS）直接从线粒体进入细胞核以促进基因组破坏(5,87)。线粒体和核通讯也可能通过Bcl-2蛋白往返于这些细胞器来调节细胞周期事件（综述于(8))。其中包括促进细胞周期阻滞的Bcl-xl和Bcl-2；Bax增加S期进展，Bad通过Cdc2磷酸化调节细胞周期转换(8)。Bid也在细胞核中起作用，以维持基因组的稳定性。Bid-null小鼠表现出染色体异常，并形成c（c）慢性的米耶罗米单细胞的我白血病（CMML）样表型(88)。DNA损伤传感激酶ATM在丝氨酸78处的Bid磷酸化调节S期检查点，表明Bid在DNA损伤后调节基因组完整性(89,90)尽管这些结果有争议(91)。尽管如此，MRE11复合物（一种关键的ATM激活剂）的破坏阻止了丝氨酸78处Bid的磷酸化，以响应电离辐射(92)。此外，细胞溶质凋亡调节剂参与基因组维持方案的优先级越来越高。最近描述的一个例子包括Apaf-1，它在DNA损伤的反应中从细胞质转移到细胞核，以促进中国埃克波特k个基因毒性应激对酶Chk1激活和细胞周期阻滞的影响(93).

组蛋白H1.2介导细胞核到线粒体的凋亡通讯(94)和p53(95)是一种肿瘤抑制剂，对细胞周期阻滞和应激诱导的凋亡作出反应，上调凋亡基因。在细胞凋亡开始时，p53被转运到线粒体，在线粒体中与Bcl-2家族成员结合，激活Bax并释放细胞色素c(95)。细胞溶质Mdm2（一种E3连接酶，通常被认为负责标记p53降解）对p53的单泛素化将p53导向线粒体，随后线粒体定位的HAUSP将其氘化(96)。组蛋白H1.2从细胞核转移到线粒体的机制尚不清楚。然而，当电离辐射引起损伤时，p53需要从细胞核中释放组蛋白H1.2，这一过程需要Chk2磷酸化和p53的稳定(97).

核旁细胞器聚集介导凋亡通讯和细胞死亡

Bcl-2家族成员以细胞器特异性方式调节caspase激活和凋亡(5)。然而，目前尚不清楚凋亡细胞器的分布如何调节细胞死亡程序。而内质网和线粒体的接近和直接接触在凋亡通讯中起着重要作用(81,98)细胞核、溶酶体和高尔基体等其他系统在细胞凋亡过程中是如何相互联系的，这是一个谜。有趣的是，在一个让人联想到有丝分裂的过程中(99)，碎片状凋亡细胞器聚集在高尔基体附近米微型计算机t吨乌布勒o个组织c（c）通过微管相关运动蛋白的作用进入（MTOC）。这种共定位可能代表核旁区域细胞器的功能性结合，以控制诱导凋亡的若干步骤(50)。这可能包括鞘磷脂（如神经酰胺）在线粒体、溶酶体和高尔基体之间的直接、囊泡依赖性转移(17,100)或者可能是凋亡分子在线粒体和细胞核之间的穿梭(8,87)。线粒体向高尔基体近端MTOC的早期凋亡、微管依赖性再分配是这种凋亡的核旁再定位的最佳特征，并在暴露于TNFα时观察到(101)，的T型NFαR（右）兴高采烈的A类马铃薯中毒我舞蹈我i和TRAIL/Apo2L(102)，FasL/CD95/Apo1L(50)，神经酰胺(83)，氧化应激(103)和病毒感染(104).

分子马达驱动凋亡的核旁聚集

在非凋亡细胞中，微管相关的（+）端导向的驱动蛋白马达将线粒体从核旁区运输出去(105,106)。KIF5B等驱动蛋白基因的敲除缺失导致胚胎敲除细胞中线粒体的异常核旁聚集(106)类似于凋亡细胞中观察到的聚集(101)。如果线粒体的核旁转运具有促凋亡功能，那么抑制驱动蛋白活性可能会促进凋亡。事实上，（+）末端导向的驱动蛋白马达的免疫抑制阻止了线粒体在健康细胞中的基础扩散，导致线粒体的核旁聚集，并协同增加TNFα的凋亡效应(107)。虽然在线粒体聚集和凋亡的研究中尚未发现驱动蛋白敲除或siRNA敲除细胞，但感光细胞和肾细胞中KIF3A的条件敲除缺失会导致凋亡细胞死亡(108,109)。线粒体的凋亡旁核聚集似乎是应激激活MAP激酶p38和Jnk磷酸化并使驱动蛋白轻链失活导致凋亡诱导的机制性结果(107)并从微管中释放KIF5B以阻止线粒体扩散(110) (图3).

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图3

微管相关马达和稳定蛋白调节核旁线粒体聚集和凋亡

驱动蛋白亚基的凋亡p38磷酸化阻止线粒体的顺行运输，以促进动力蛋白驱动的（-）末端积累(107)。p38磷酸化还从微管释放Op18，导致微管稳定和线粒体聚集(116,117)。tau还通过微管影响线粒体聚集和凋亡(83,125)和HIV-1 Tat(126)。MAP1S–LRPPRC–UXT复合物还稳定微管，定位于凋亡的核旁线粒体以及与RNAPII和p300/CBP复合物中的细胞核(109,121——124)。有人提出，这些微管和细胞核相关蛋白协调线粒体凋亡聚集和染色质重塑事件(123,124).

由于驱动蛋白的失活促进了线粒体向核旁区域的转运，细胞器的逆行聚集可能是由动力蛋白和动力蛋白（-）末端运动活性的净增加所驱动的。动力蛋白和动力蛋白复合物与微管上的线粒体结合，动力蛋白功能的破坏使线粒体远离MTOC(111)。线粒体核旁聚集与线粒体分裂密切相关，因为抑制分裂可阻止线粒体聚集和凋亡(112)。Drp1 GTPase与Bax和Bid一起被征募到线粒体裂变位点的动力蛋白复合体中，因为线粒体沿（-）末端方向移动(111) (图4)。Drp1靶向线粒体分裂位点部分由Drp1的sumoylation介导，因为sumoylated蛋白通常聚集在线粒体分裂位点(67)。Drp1的Sumoylation可能会将Drp1特异性地定向到动力蛋白运动复合物，因为Sumoylion促进货物分子与动力蛋白的相互作用，以调节其逆行转运(113)。与其他凋亡效应物一样，动力蛋白和动力蛋白复合蛋白，如c（c）细胞质的天炔肽我中间的c（c）半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶裂解和肉豆蔻酰化对CD-IC和p150粘附的链进行调节(114,115)。虽然卵裂和脂质修饰是否将功能性截短的CD-IC片段锚定在线粒体上尚待确定，但GFP标记的截短CD-IC定位于核旁的囊泡状线粒体样结构中(115).

细胞器通过稳定的微管聚集在核旁区域

在增殖细胞中，微管以网状网络的形式从MTOC辐射出来，作为线粒体和其他细胞器在整个细胞中分散的支架(105)。细胞应激以及特定的细胞周期事件使微管稳定，使其变得更加坚硬、杆状并向MTOC方向塌陷，在细胞核周围形成同心环，可作为网将线粒体和其他相关细胞器带到核旁区域。死亡受体诱导的凋亡通过p38磷酸化和微管失稳失活触发微管稳定、线粒体聚集和凋亡o个nco公司第页蛋白质家族成员Op18/Stathmin(116,117) (图3)。这种p38介导的微管稳定现象复制了用紫杉醇等化疗药物治疗的细胞中的稳定现象，紫杉醇通过稳定微管来破坏有丝分裂来抑制肿瘤细胞的生长(118)。有趣的是，紫杉醇处理导致线粒体与微管束在核旁区域的共同定位(119)。添加微管稳定剂后线粒体的重新分布可能解释了这些药物如何协同死亡受体配体（如TNFα和TRAIL）的凋亡效应。

微管稳定性受以下因素调节米微管一有关联的第页MAP1S/C19ORF5等蛋白质，与应激或紫杉醇处理细胞中的线粒体和稳定微管结合(120) (图3)。MAP1S与其他微管结合蛋白相关，如肿瘤抑制因子RASSF1A(120,121)和UXT(U型无处不在的Ex个按下T型γ-微管蛋白/中心体相关蛋白诱导线粒体核旁聚集(122)。UXT、RASSF1A和MAP1S均与核旁线粒体和细胞核界面处微管相关复合体中富含亮氨酸的蛋白LRPPRC相互作用(123)。由于LRPPRC和UXT都与RNA聚合酶II复合物和CBP/p300的几个组分相互作用(124)据推测，LRPPRC和UXT将微管稳定和线粒体凋亡与细胞核中的转录和染色质重塑事件联系起来(124).

具有病理功能的微管相关蛋白，如阿尔茨海默病的主要疑似物tau，也会引起核旁线粒体聚集。这部分是通过tau与运动蛋白和微管的结合而发生的(125) (图3)。然而，tau促进聚集的机制并不简单，因为凋亡的CDK5磷酸化tau反过来通过tau微管分离促进线粒体和内质网的核旁共定位(83)。其他致病因子，如HIV-1编码的促凋亡Tat蛋白，与微管结合，导致紫杉醇样稳定和细胞死亡(126)。微管蛋白与肿瘤发生有关，如一腺瘤的第页溶骨病c（c）oli（APC）蛋白和V（V）在H（H）伊佩尔-我indau VHL肿瘤抑制因子还协调细胞核和细胞凋亡事件(127——129)。由于APC和VHL都部分定位于线粒体(127,130)推测这些肿瘤抑制因子将参与微管和细胞器的凋亡性核旁簇集；然而，这一问题尚未得到解决。

死亡诱导后凋亡信号蛋白在核旁区聚集

在凋亡过程中，许多凋亡信号蛋白聚集在核旁区域。这类蛋白质包括p53，它主要通过与微管结合定位于非凋亡细胞中的胞浆(131)。非凋亡性p53被最近发现的Parkin-like泛素连接酶Parc隔离，Parc与细胞溶质p53结合但不明显泛素化(132)。然而，从Parc释放p53的机制以及Parc作为泛素连接酶的生理作用尚不清楚。DNA损伤后，p53从Parc释放，并通过微管相关的动力蛋白马达驱动至核旁区域(131)。p53通过动力蛋白与微管和动力蛋白运动复合体相关我右侧c（c）链LC8，其与53 b条缠绕第页蛋白质53BP1，DNA损伤反应的关键细胞溶质介质(133)。在DNA损伤和随后的凋亡中，p53的核旁聚集需要p53–53BP1相互作用(133)。这种LC8驱动的p53重定位到核旁区域可能是p53从胞浆导入细胞核的机制的一部分(134)，并可能解释p53在细胞凋亡过程中如何被募集到线粒体(95)。LC8还与Bcl-2家族成员Bim结合，也是第页21一已激活k个酶PAK1促进细胞存活和肿瘤发生(135)。LC8或其他动力蛋白调节因子是否在将额外的蛋白质或细胞器带到核旁区域以协调凋亡信号事件方面发挥作用，将是揭示细胞骨架运动活性与凋亡关系的重要研究方向。

高尔基体的凋亡断裂和膜紊乱

高尔基体与MTOC相邻，位于核旁区域的理想位置，以影响基于微管的凋亡过程(136,137)。高尔基膜的池叠由微管和肌动蛋白细胞骨架结构维持(137)以及高尔基体特异性结构蛋白，如高尔基体和GRASP(G公司奥尔基语R（右）e（电子）一装配S公司固缝对鱼藤素）(137)。与其他膜细胞器系统一样，高尔基体在诱导凋亡的早期经历了一个特征性的断裂，这一断裂先于或与线粒体细胞色素c的释放相一致(138,139)。高尔基体裂解是由高尔基体修饰的启动子caspase-2对高尔基体-160的裂解以及随后对GRASP65的执行子caspase-3的裂解触发的(138,140)和高尔基小泡系留蛋白p115(141)。p115的C末端裂解产物能够分裂高尔基体并重新定位到细胞核以发挥促凋亡作用(141)。相反，分裂的Golgin-160进入细胞核阻止凋亡(136)。最初的假设是高尔基体碎裂是细胞骨架凋亡破坏的结果。然而，高尔基体碎裂在细胞凋亡早期发生，并先于细胞骨架结构的重大凋亡变化(139)。这表明，完整的细胞骨架和MTOC是高尔基体破碎前的交通因子。

在诱导细胞凋亡时，线粒体和其他细胞器以微管依赖的方式聚集在高尔基体/MTOC上(50,142,143)，高尔基体可以作为细胞凋亡诱导过程中细胞器融合的位点。这种应激诱导的细胞器共同定位可能会促进细胞器的串扰过程，包括凋亡脂质（如神经酰胺）在溶酶体、高尔基体和线粒体之间的转移，以启动线粒体膜以实现Bcl-2蛋白介导的通透性。器官共定位是CEM细胞经FasL处理后的早期结果，它导致内胚体、溶酶体和线粒体重新分布到重叠的蔗糖密度组分(143)。这种融合可能代表了细胞器的物理合并和“混乱”，因为FasL处理也增加了高尔基体、内质体和溶酶体膜标记物的水平，这些标记物在半胱氨酸蛋白酶激活、高尔基体裂解和细胞骨架破坏之前与凋亡的核旁线粒体共同纯化(50)。有趣的是，全局caspase抑制剂zVAD-fmk阻止了这种应激诱导的高尔基体和线粒体标记物的混合，但增加了与凋亡线粒体相关的溶酶体内标记物的存在(50,143)。总之，这些实验提出了一个多步骤模型，在该模型中，线粒体和内溶酶体首先通过物理方式结合释放组织蛋白酶并在高尔基-线粒体紊乱、高尔基碎裂、线粒体细胞色素c释放和最终半胱天冬酶激活之前裂解Bid(图4).

GD3脂筏连接血浆膜-核信号转导和核旁转运

在鞘糖脂GD3的细胞器间凋亡运输中，高尔基体、内体、溶酶体、线粒体和质膜的混合也很明显(144——146) (图4)。这种神经节苷脂由神经酰胺通过GD3合成酶在高尔基体中产生，能够渗透线粒体以促进细胞色素c的释放在体外(147)。在健康肝细胞和T细胞中，GD3主要定位于死亡受体丰富的脂筏中的质膜。然而，肝细胞的TNFα治疗通过内质小室内化将GD3从质膜重新分配到线粒体，这一过程需要完整的细胞骨架(148)。Fas和TNFR1死亡受体结合后，细胞表面定位天呼吸我诱导的秒发出信号c（c）复合物（DISCs）通过受体介导的内吞作用内化(149,150)到特定的内胚体隔室，如“TNF Receptosomes”，后者随后与caspase-8相关并激活(52,151)。Receptosomes可能代表富含DISC的GD3含筏内体，与线粒体共同定位以促进细胞死亡(152)。据推测，这种共定位代表了内体与线粒体的混合，因为FasL处理CEM细胞后，线粒体上发现含有GD3的脂筏(144)。这些GD3筏含有线粒体信号复合物，包括v（v）电压天依赖一阴离子c（c）渠道VDAC-1和hFis1，并充当Bax、Bid和Drp1的招募地点(144)。这些筏的完整性似乎在MMP中起作用，因为它们的化学破坏阻止了线粒体对外源tBid处理的反应(144)。与神经酰胺一样，GD3对线粒体、高尔基体、内质网和细胞核的凋亡激活具有多效性作用(146)。由于含GD3筏的线粒体和其他囊泡结构在诱导细胞凋亡时聚集在核旁区域，因此这种破裂的线粒体可能充当“货船”，将含DISC的GD3筏运送到核旁区域的多个细胞器(145) (图4)。这一假设可能解释了GD3在CD95/FasL诱导凋亡后如何转运至细胞核以调节组蛋白结构和转录(153).

观点和结论

过去十年，在识别通过细胞器特异性过程启动和调节细胞死亡的关键蛋白质和信号通路方面取得了巨大进展。尽管其中许多参与者最初因其在细胞死亡中的作用而受到关注，但现在人们认识到，一些细胞器导向的凋亡决策者有将其凋亡功能与生理作用联系起来的“日常工作”。未来的工作无疑将着眼于描述这种多功能参与者在凋亡和非凋亡环境中是如何发生贩运的。最近一个值得注意的例子是Bcl-2蛋白Bad。除了促进细胞死亡外，Bad还以非凋亡作用转位到线粒体，在高脂喂养期间将葡萄糖激酶穿梭到呼吸线粒体，以代谢葡萄糖并刺激胰岛素的释放(11)。当然，生理和凋亡交叉功能并不局限于Bcl-2家族成员。Drp1 GTPase在细胞凋亡和有丝分裂中起作用，分裂线粒体并调节突触的神经传递(9)。PACS-2分选蛋白也具有多种功能，可调节细胞内环境稳定、ER-线粒体通讯和凋亡(57——61)。同样，在调节DNA质量控制的信号系统（如ATM/ATR）以及细胞周期转换和细胞分裂事件（如Cdc2和检查点激酶）中也可以看到重叠功能。这些和其他遗传调节激酶磷酸化凋亡蛋白，如Bad和Bid，以控制细胞周期和细胞分裂事件。这些交叉功能的例子表明，有丝分裂细胞的诞生和凋亡细胞的死亡可能具有共同的基本机制和调节机制。

单个细胞器系统，如溶酶体和线粒体，启动和调节细胞凋亡(5); 然而，细胞器运输与凋亡信号通路的关系才刚刚被揭示出来。凋亡诱导的细胞器在MTOC/Glgi/旁核区的共同定位可能在细胞死亡中起到许多作用，以帮助包装和重新分配碎片化的细胞器，促进核破坏，并促进死亡细胞的总体收缩。细胞器聚结也发生在自噬性细胞器破坏中，这是将降解线粒体输送到溶酶体的机制的一部分(51)。同样，“aggresomes”中的自噬体和错误折叠的蛋白聚集体通过动力蛋白/动力蛋白运动活性靶向核旁定位溶酶体(154,155)。如果核旁聚集和细胞器混合确实是真诚地作为高度调控的凋亡程序的组成部分，关于这个过程的能量学和特异性的一些问题需要探索。有趣的是，Bcl-2家族成员的一个亚群BNIP与膜融合机制的成分（如SNARE蛋白syntaxin 18）相关，以αSNAP依赖的方式调节细胞凋亡(156)。微管结构和运动活性与器质簇和器质标记物转移的未来研究(157)将证明具有洞察力，并阐明扰乱在诱导细胞死亡中的作用。

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