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自噬的自噬的研究方法

2022.5.26

正常培养的细胞自噬活性很低,不适于观察,因此,必须对自噬进行人工干预和调节,经报道的工具药有:
(一)自噬诱导剂
1)Bredeldin A / Thapsigargin / Tunicamycin :模拟内质网应激
2)Carbamazepine/ L-690,330/ Lithium Chloride(氯化锂):IMPase 抑制剂(即Inositol monophosphatase,肌醇单磷酸酶)
3)Earle's平衡盐溶液:制造饥饿
4)N-Acetyl-D-sphingosine(C2-ceramide):Class I PI3K Pathway抑制剂
5)Rapamycin:mTOR抑制剂 (最常用)
6)Xestospongin B/C:IP3R阻滞剂
(二)自噬抑制剂
1)3-Methyladenine(3-MA):(Class III PI3K) hVps34 抑制剂
2)Bafilomycin A1:质子泵抑制剂
3)Hydroxychloroquine(羟氯喹)
除了选用上述工具药外,一般还需结合遗传学技术对自噬相关基因进行干预:包括反义RNA干扰技术(Knockdown)、突变株筛选、外源基因导入等。
(三)自噬检测方法:
细胞经诱导或抑制后,需对自噬过程进行观察和检测,常用的策略和技术有:
1)Western Blot检测LC3的切割
利用Western Blot检测LC3-II/I比值的变化以评价自噬形成。自噬形成时,胞浆型LC3会酶解掉一小段多肽形成LC3-I,LC3-I跟PE结合转变为(自噬体)膜型(即LC3-II),因此,LC3-II/I比值的大小可估计自噬水平的高低。

2)在荧光显微镜下采用GFP-LC3单荧光体系/mRFP-GFP-LC3双荧光体系等融合蛋白来示踪自噬形成:
GFP-LC3 单荧光自噬指示体系:
利用LC3在自噬形成过程中发生聚集的原理,开发出GFP-LC3指示技术:无自噬时,GFP-LC3融合蛋白弥散在胞浆中;自噬形成时,GFP-LC3融合蛋白转位至自噬体膜,在荧光显微镜下形成多个明亮的绿色荧光斑点,一个斑点相当于一个自噬体,可以通过计数来评价自噬活性的高低。但是绿色斑点增多并不一定代表自噬活性增强,也有可能是自噬溶酶体降解途径受阻,可以通过western blot 检测游离的GFP、p62来验证。
另一种方法是利用mRFP-GFP-LC3 。
mRFP-GFP-LC3 双荧光自噬指示体系:
由于分子生物学的发展,现在已经诞生了mRFP-GFP-LC3 双荧光自噬指示体系,用于标记及追踪LC3以及自噬流的变化。其中GFP是酸敏感型GFP蛋白,而mRFP是稳定的荧光表达基团,不受外界影响。由于自噬小体进入第二阶段后,与溶酶体进行融合,形成自噬溶酶体。自噬溶酶体由于溶酶体内部的酸性环境,可以导致PH下降,GFP淬灭,因此,GFP的减弱可指示自噬溶酶体形成的顺利程度,GFP越少,则从自噬小体到自噬溶酶体阶段流通得越顺畅。反之,自噬小体和溶酶体融合被抑制,自噬溶酶体进程受阻。mRFP是一直稳定表达的,因而可以通过GFP与mRFP的亮点比例来评价自噬流进程。

mRFP-GFP-LC3 双荧光自噬指示体系的出现,把自噬研究带入了一个新的阶段,自噬不再只是指标,而是一种机制,自噬流的顺畅与否,对于细胞生理功能的稳定非常关键。

3)透射电镜下观察自噬体的形成:
自噬经历了:吞噬泡(phagophore)--自噬小体(autophagosome)--自噬溶酶体(autolysosome)
透射电镜下吞噬泡(phagophore)的特征为:新月状或杯状,双层或多层膜,有包绕胞浆成分的趋势。自噬小体(autophagosome)的特征为:双层或多层膜的液泡状结构,内含胞浆成分,如线粒体、内质网、核糖体等。自噬溶酶体(autolysosome)的特征为:单层膜,胞浆成分已降解。

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