Autophagy is a tightly regulated lysosome-mediated catabolic process in eukaryotes that maintains cellular homeostasis. A distinguishable feature of autophagy is the formation of double- membrane structures, autophagosome, which envelopes the intracellular cargoes and finally degrades them by fusion with lysosomes. So far, many structures of Atg proteins working on the autophagosome formation have been reported, however those involved in autophagosome maturation, a fusion with lysosome, are relatively unknown. One of the molecules in autophagosome maturation, TECPR1, has been identified and recently, structural studies on both ATG5-TECPR1 and ATG5-ATG16L1 complexes revealed that TECPR1 and ATG16L1 share the same binding site on ATG5. These results, in combination with supporting biochemical and cellular biological data, provide an insight into a model for swapping ATG5 partners for autophagosome maturation.
Autophagy is an intracellular degradation and recycling system. Oocyte maturation is dynamic process, in which various proteins should be synthesized and degraded. In our previous study, we reported the loci of autophagosome and dynamics of autophagic activity in porcine oocytes during in vitro maturation. In this study, we verified loci of autophagosome in porcine follicular cumulus-oocyte complex by detection of microtubule-associated protein 1A/1B-light chain 3 (LC3) which is the reliable marker of autophagosome. Porcine ovary including various sizes of follicles was fixed within 1 hour after collection from slaughterhouse. After fixation, immunohistochemistry was conducted on sliced ovary tissue containing various sizes of follicles by using LC3 antibody. As a result, LC3 signal was clearly detected in both cumulus and oocytes of various sizes of follicles. We also found ring shaped signal which represent autophagosome near oocyte membrane. Most of the signals in oocytes were localized nearby cellular membrane while evenly dispersed in cumulus cells. Therefore, this result suggests that autophagy occurs in porcine COCs (cumulus-oocyte complexes) at follicular stage.
Endocytosis of the Notch ligand, DeltaD, by mind bomb1 is indispensable for activation of Notch in cell fate determination, proliferation, and differentiation during zebrafish neurogenesis. Loss of mind bomb1 activity as an E3 Ubiquitin ligase causes the accumulation of deltaD at the plasma membrane and results in the ectopic neurogenic phenotype by activation of Notch in early zebrafish embryogenesis. However, the regulatory mechanism of deltaD during neurogenesis is not identified yet. This study aims to analyze the pathway of mib1 and deltaD after endocytosis in vivo during zebrafish embryogenesis. Mind bomb1 and deltaD are co-localized into autophagosome and mutant form of mind bomb1 fails to cargo deltaD into autophagosomes. These findings suggest that mind bomb I mediates deltaD regulation by autophagy in an ubiquitin-dependent manner during zebrafish embryogenesis.
Autophagy refers to the bulk degradation of cellular proteins and organelles through an autophagosome and plays a pivotal role in the development, cellular differentiation, aging, and elimination of aberrant structures. A failure of autophagy has been implicated in a growing list of mammalian disease states, including cancer and cardiomyopathy. Two ubiquitin-like systems are highly involved in autophagy, especially in the formation of autophagosomes. Here, we purified and characterized Atg7 (an E1-like enzyme), and Atg3 and Atg10 (E2-like enzymes) in order to gain an insight into the role played by ubiquitin-like systems in the formation of autophagosomes. Interestingly, we observed that Atg7 forms a homodimer to construct an active conformation, unlike other E1-like enzymes. Although Atg3 was detected as a monomer under physiological conditions, Atg10 existed in an oligomeric form, indicating that the mechanism by which Atg10 functions may differ from that of Atg3.
As an intracellular degradation system, autophagy is an essential and defensive cellular program required for cell survival and cellular metabolic homeostasis in response to various stresses, such as nutrient deprivation and the accumulation of damaged organelles. In general, autophagy flux consists of four steps: (1) initiation (formation of phagophore), (2) maturation and completion of autophagosome, (3) fusion of autophagosomes with lysosomes (formation of autolysosome), and (4) degradation of intravesicular components within autolysosomes. The number of genes and reagents that modulate autophagy is increasing. Investigation of their effect on autophagy flux is critical to understanding the roles of autophagy in many physiological and pathological processes. In this review, we summarize and discuss ways to analyze autophagy flux quantitatively and qualitatively with the use of imaging tools. The suggested imaging method can help estimate whether each modulator is an inhibitor or a promoter of autophagy and elucidate the mode of action of specific genes and reagents on autophagy processes.
Autophagy, an evolutionarily conserved cellular degradation pathway of the lysosome, is associated with many physiological and pathological processes. The hallmark of autophagy is the formation of the autophagosome that engulfs and degrades cytosolic components via its fusion with the lysosome, in either a selective or a non-selective manner. Autophagy is tightly regulated by proteins encoded by autophagy-related (atg) genes. Among these proteins, ATG8/LC3 is essential for autophagosome biogenesis/maturation and it also functions as an adaptor protein for selective autophagy. In mammalian cells, several homologs of yeast Atg8 such as MAP1LC3, GABARAP, and GABARAPL 1/2 have been identified. However, the biological relevance of this gene diversity in higher eukaryotes, and their specific roles, are largely unknown. In this review, we describe the mammalian ATG8/LC3 family and discuss recent advancements in understanding their roles in the autophagic process.
Autophagy is an evolutionarily well-conserved cellular homeostasis program that responds to various cellular stresses and degrades unnecessary or harmful intracellular materials in lysosomes. Accumulating evidence has shown that autophagy dysfunction often results in various human pathophysiological conditions, including metabolic disorders, cancers, and neurodegenerative diseases. The discovery of an autophagy machinery protein network has revealed underlying molecular mechanisms of autophagy, and advances in the understanding of its regulatory mechanism have provided novel therapeutic targets for treating human diseases. Recently, reports have emerged on the involvement of autophagy in oral squamous cell carcinoma (OSCC). Although the role of autophagy in cancer therapy is controversial, the beneficial use of the induction of autophagic cell death in OSCC has drawn significant attention. In this review, the types of autophagy, mechanism of autophagosome biogenesis, and modulating molecules and therapeutic candidates affecting the induction of autophagic cell death in OSCC are briefly described.
Many anticancer agents as well as ionizing radiation have been shown to induce autophagy which is originally described as a protein recycling process and recently reported to play a crucial role in various disorders. In HCT116 human colon cancer cells, we found that curcumin, a polyphenolic phytochemical extracted from the plant Curcuma longa, markedly induced the conversion of microtubule-associated protein 1 light chain 3 (LC3)-I to LC3-II and degradation of sequestome-1 (SQSTM1) which is a marker of autophagosome degradation. Moreover, we found that curcumin caused GFP-LC3 formation puncta, a marker of autophagosome, and decrease of GFP-LC3 and SQSTM1 protein level in GFP-LC3 expressing HCT116 cells. It was further confirmed that treatment of cells with hydrogen peroxide induced increase of LC3 conversion and decrease of GFP-LC3 and SQSTM1 levels, but these changes by curcumin were almost completely blocked in the presence of antioxidant, N-acetylcystein (NAC), indicating that curcumin leads to reactive oxygen species (ROS) production, which results in autophagosome development and autolysosomal degradation. In parallel with NAC, SQSTM1 degradation was also diminished by bafilomycin A, a potent inhibitor of autophagosome-lysosome fusion, and cell viability assay was further confirmed that cucurmin-induced cell death was partially blocked by bafilomycin A as well as NAC. We also observed that NAC abolished curcumin-induced activation of extracelluar signal-regulated kinases (ERK) 112 and p38 mitogen-activated protein kinases (MAPK), but not Jun N-terminal kinase (JNK). However, the activation of ERK1/2 and p38 MAPK seemed to have no effect on the curcumin-induced autophagy, since both the conversion of LC3 protein and SQSTM1 degradation by curcumin was not changed in the presence of NAC. Taken together, our data suggest that curcumin induced ROS production, which resulted in autophagic activation and concomitant cell death in HCT116 human colon cancer cell. However, ROS-dependent activation of ERK1/2 and p38 MAPK, but not JNK, might not be involved in the curcumin-induced autophagy.
Autophagy is a catabolic process involved in the degradation of a cell's own components for cell growth, development, homeostasis, and the recycling of cellular products. Autophagosome is an essential component in the protozoan parasite during differentiation and encystation. The present study identified and characterized autophagy-related protein (Atg) 3, a member of Atg8 conjugation system, in Acanthamoeba castellanii (AcAtg3). AcAtg3 encoding a 304 amino acid protein showed high similarity with the catalytic cysteine site of other E2 like enzymes of ubiquitin system. Predicted 3D structure of AcAtg3 revealed a hammer-like shape, which is the characteristic structure of E2-like enzymes. The expression level of AcAtg3 did not increase during encystation. However, the formation of mature cysts was significantly reduced in Atg3-siRNA transfected cells in which the production of Atg8-phosphatidylethanolamine conjugate was inhibited. Fluorescent microscopic analysis revealed that dispersed AcAtg3-EGFP fusion protein gathered around autophagosomal membranes during encystation. These results provide important information for understanding autophagic machinery through the lipidation reaction mediated by Atg3 in Acanthamoeba.
Kim, Hee Ju;Kim, Joonki;Kang, Ki Sung;Lee, Keun Taik;Yang, Hyun Ok
Biomolecules & Therapeutics
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v.22
no.4
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pp.275-281
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2014
Autophagy is a series of catabolic process mediating the bulk degradation of intracellular proteins and organelles through formation of a double-membrane vesicle, known as an autophagosome, and fusing with lysosome. Autophagy plays an important role of death-survival decisions in neuronal cells, which may influence to several neurodegenerative disorders including Parkinson's disease. Chebulagic acid, the major constituent of Terminalia chebula and Phyllanthus emblica, is a benzopyran tannin compound with various kinds of beneficial effects. This study was performed to investigate the autophagy enhancing effect of chebulagic acid on human neuroblastoma SH-SY5Y cell lines. We determined the effect of chebulagic acid on expression levels of autophagosome marker proteins such as, DOR/TP53INP2, Golgi-associated ATPase Enhancer of 16 kDa (GATE 16) and Light chain 3 II (LC3 II), as well as those of its upstream pathway proteins, AMP-activated protein kinase (AMPK), mammalian target of rapamycin (mTOR) and Beclin-1. All of those proteins were modulated by chebulagic acid treatment in a way of enhancing the autophagy. Additionally in our study, chebulagic acid also showed a protective effect against 1-methyl-4-phenylpyridinium ($MPP^+$) - induced cytotoxicity which mimics the pathological symptom of Parkinson's disease. This effect seems partially mediated by enhanced autophagy which increased the degradation of aggregated or misfolded proteins from cells. This study suggests that chebulagic acid is an attractive candidate as an autophagy-enhancing agent and therefore, it may provide a promising strategy to prevent or cure the diseases caused by accumulation of abnormal proteins including Parkinson's disease.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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