选择性自噬：泛素-调节的认识和超越
真核细胞利用自噬和泛素蛋白酶体系统作为主要的蛋白质降解通路。而泛素蛋白酶体系统参与迅速降解蛋白质,自噬通路可选择性地移除蛋白的聚合物和损坏或过剩的细胞器。蛋白酶调解的降解物要求为前泛素性载体，之后被泛素受体引导到26S 蛋白酶上。尽管自噬长期以来一直被看作是一种随机胞质降解系统、但泛素参与为特征的选择性自噬理论是迅速兴起。最近的证据也表明选择性自噬和蛋白酶体调解的降解存在活跃的交替。在这里,我们讨论的分子机制,其与自噬和酶系统相关联,并且在选择性自噬中扮演泛素和泛素捆绑性蛋白的角,。在自噬性泛素受体进化的历史的基础上,我们对多细胞动物的泛素-发育自噬以及酵母菌的细胞质-到-液泡的目标途径提出了一种共同的起源。
  自噬和泛素蛋白酶体系统(UPS)是两个主要的细胞内降解通路;他们原本被认为独立地起作用。自噬主要负责于降解寿命较长的蛋白质和整个细胞器,从而保持细胞内的平衡,也有助于饥饿和应激反应。自体吞噬(macroautophagy)参与物质周围双膜自噬体的形成，包括大组织结构,如细胞器和蛋白质聚合体。之后自噬体与溶酶体或液泡融合,其融合部位成分被降解。无选择性“主体“自噬与特殊蛋白或细胞器的选择性自噬都以被描述(见下文)。　此外,酵母细胞利用
类似的细胞质到液泡目标性(Cvt)途径，通过选择性传递两个驻留酶氨基肽酶(Ape1)和α-甘露糖苷酶(Ams1)1,2到液泡中，来实现生物合成作用。　通过对酵母菌的遗传分析定义出30多个主要保守成分，它们是自噬体（称为Atg1 to Atg32)3不同阶段所必需的物质。在这些组件,泛素-相似性蛋白质Atg8与磷脂酰乙醇胺结合并被吸引至初期自噬体膜。虽然大多数的这些成分对自噬与Ctv路径来说是普遍的, 但自噬-特定基因,Cvt-特定基因也存在,例如Cvt-特定载体受体Atg19(见下文；综述参考4)。UPS快速消除单个蛋白质来规范许多细胞流程,包括细胞分裂、信号转导和基因表达。与大部分自噬体相反，蛋白酶体的降解被认为是高选择性的。蛋白酶体的基体与泛素链环合联系在一起，它充当识别标记来传递给26S水解酶,它由一个被19S调控粒子覆盖的20S的蛋白水解核心筒状物质构成。通常,四个或更多的泛素一部份大多通过与它们的K48残基连接来结合到19S调控单位，从而导致基质的展开和泛素链的移除。通过降解酶识别真正的基质是由特定受体亚单元调节的,它包括专门的泛素图案5,6 。一些证据提示存在的不同类型的选择性自噬体的降解通路。单一的蛋白质和多种细胞结构,如蛋白的聚合体,过氧物酶体，核糖体及线粒体,可以特定地被自噬体7吞没,但是这个载体识别的机制并不是很清楚。然而,泛素参与这个过程的证据是新兴的。例如,自噬聚集于间隙需要泛素系统和泛素结合受体如p62(参考。8)。泛素系统人工基质被降解自噬机构辨识并在溶酶体中被p6
2-发育机制9特异性降解。　另外,在营养物匮乏时选择性降解过剩的核糖体，这取决于Ubp3 / Bre5的泛素化系统活动性 (参考。10)。最后, 在溶酶体间隙中泛素系统把破坏菌作为目标，提供一个重要的细胞防御机制来对抗传染病。
蛋白酶体的降解和选择性自噬通路之间的串扰
虽然蛋白酶体和自噬调解的溶酶降解使用不同组件,但一些证据表明这些通路可能与特定的机制有关。例如FoxO3转录因子，诱导基因转录，其产物参与溶酶体和自噬体降解的正调节。另外,蛋白酶的抑制刺激自噬体活性，这可能是一种补偿调节策略。负责这个串扰的分子机制仍不清楚, 但是似乎涉及了组蛋白脱乙酰酶6（HDAC6):细胞缺乏HDAC6活性就无法使用自噬来弥补受损的UPS功能。相反,长期自噬的抑制已经显示出缓慢的短期UPS基质降解。鉴于泛素在选择性自噬通路的参与, 鉴于泛素的参与在选择性自噬通路,很可能是积累性的自噬基质直接抑制蛋白酶活动,或是通过阻断在19S颗粒上的泛素结合点或通过在伸展阶段的干扰。
另一项在自噬体和PUS间形成的相互作用,显现在基质的水平。据报道，泛素连接酶泊蛋白将蛋白酶和自噬体降解的基质作为目标，产生了关于区分这些简介路线的信号和辨识机制的疑问。几个泊蛋白-发育基质蛋白酶已有报道，它们的降解主要是与K48-连接的泛素系统联系
在一起。泊蛋白也通过自噬体促进错误折叠的蛋白质选择性地降解和非功能性线粒体。　有效证据表明,这种行为需要泛素系统连接的 K63和K27,这说明泊蛋白通过特意的泛素系统可能将蛋白酶或自噬体系基质为目标。泊蛋白如何转换它的泛素系统模式还有待研究。
  错误折叠的蛋白质是蛋白酶体和自噬-调节降解两者的共同目标(图1)。错误折叠的蛋白质分子首先被热休克蛋白家族的伴侣分子识别,结合并从而防止疏水基的表面在适当的折叠中加以辅助。如果热休克蛋白没能引导单基因蛋白质的正确折叠,E3泛素连接酶,例如联合伴侣蛋白CHIP,诱导多泛素系统，从而标记它们为蛋白酶体降解(图1)。另外,错误折叠的单基因蛋白可能被伴侣-调节自噬体(CMA)降解。这条路径是独立的泛素系统,包括对一个暴露的KFERQ基本模式认识的Hsc70-Hsp40-Hip-Hop伴侣蛋白复杂的紧随通过运输依靠作为溶酶体膜成份的LAMP2A.进入溶酶体
如果这种复性折叠体系能力和26S蛋白酶体不堪重负,错误折叠蛋白积累并形成聚集体。该带有部分展开蛋白质的聚合物由非特异性疏水性的相互作用而推动，这种相互作用可导致大型结构的形成,即所知的的内含子和聚集小体。聚合形成可由泛素-结合蛋白质p62 / SQSTM1（死骨片1)和NBR1（ BRCA1基因1邻位)推动(参考。24)。这个AAA-ATPase p97 / VCP(缬
酪肽包含蛋白)也便于聚集小体形成应答错误折叠蛋白质增加水平,这可能通过直接地与HDAC6相互作用（参考.25)。这种聚合形成的生物重要性还不太清楚,虽然这种聚集可能有保护作用，隔离否则有毒错误折叠的单体。然而,这样聚集可以抑制蛋白酶体活动,因此错误折叠蛋白聚集物的自噬-调节清除会提供重要的机制来防止细胞毒性。错误折叠蛋白质的分解代谢路径就因此可以由其性能和细胞各自降解系统的活动水平决定。
随着年龄，错误折叠蛋白质的数量逐渐增加。处理这样的负担,老化细胞上调相关成分，用于识别错误折叠蛋白质并引发在p62 –含体的隔离,。例如,在年轻的细胞中联合伴侣蛋白 BAG1高表达并促进溶酶体降解。在老化细胞中在联合伴侣蛋白中从BAG1到 BAG3的切换导致更多通过泛素结合蛋白质p62的靶向作用对蛋白降解自噬体系统的集约利用(图1)。这表明BAG3 / BAG1 比率调节溶酶体与自噬体降解比较的结果。近期BAG3也被发现参与选择性泛素化蛋白质的吞没，该过程称为伴侣蛋白-辅助选择性自噬（CASA）28-30,它是通过便利伴侣蛋白机构与p62的联合并因此为溶酶体降解机构而把基质作为自噬机构的目标。令人惊奇的是,这个泛素连接酶CHIP,其参与溶酶体降解,还参与到CASA中并与BAG3伴侣复合体相互作用。因此, 泊蛋白、CHIP以类似的方式可以作为双重作用泛素将错误折叠的蛋白质作为目标，来完成自噬或溶酶体的降解。
　　选择性自噬中的泛素结合蛋白质
泛素结合蛋白在自噬体中所扮演的角刚刚开始明朗。参与自噬目标识别的几种蛋白质是泛素结合蛋白质,如p62 / SQSTM1,其中包括了羧基-末端泛素-相关(UBA)区域(图2)。事实上,泛素包含的内含体给p62(参考,32)和LC3/ Atg8染显阳性，并且他们由自噬体的降解兴取决于p62的存在和与LC3相互作用的能力。因此,p62似乎充当泛素系统蛋白聚集和自噬体机构之间的一个转接器。另外,如上所述,E3连接酶泊蛋白调节K27 和K63聚泛素链的形成,这些都需要以一种p62 -依赖方式存在的有效的非功能性线粒体自噬. p62也被牵涉到对可溶性蛋白质、过氧化物酶体,中间体环结构，以及细菌的自噬体降解，这表明泛素可以作为一种许多目标载体的普遍识别标志。
泛同样的,p62,NBR1直接结合到泛素和LC3上(参考。24)。尽管他们在不同序列和大小上有所不同,但p62 和NBR1共有一个相似的域结构,包括一个氨基末端的PB1域和羧基-末端UBA域(图2)。NBR1和p62寡聚体化及它们间的相互作用,并且这两种蛋白通过一条被称为LC3相互作用域（LIR）的直线序列连接LC3。 NBR1和p62都需要运输泛素的载体到溶酶体,并且他们也在这个过程被降解。
最近,NDP52（核点蛋白质52）被定义为第三选择载体受体,以细胞内细菌为靶向进行自噬体降解。NDP52直接连接到泛素系统的细菌来限制它们在细胞质的增殖。在这种情况下,LC3与NDP52 共同局域化细胞周围的细菌，而且在体外NDP52还能够吸引泛素到LC3。总之，,这些研究结果表明, 在哺乳动物细胞的胞液中，NDP52是个关键的连合器，指导在具有泛素系统的细菌周围形成自噬体膜。NDP52不包含一个UBA域,而是通过一个锌指状结构与泛素连接，该结构属于泛素-结合的锌指状结构（UBZ)类别。而且,NDP52在它的N末端包含一个LIR共同序列 (图2),但这个序列是否确实与LC3相互作用仍有待研究。
除p62之外,NBR1和NDP52,人类基因组编码几个鲜少描述的蛋白质它们通过预测性LIR序列与泛素结合区域结合（K.H.未发表过的观测值），这表明,一个更大的泛素发育的自噬体受体家族的存在。p62,NBR1,NDP52及这些蛋白质的功能，它们作为特殊因子,将具有泛素系统的载体作为靶向运输至子实体结构，这是一个诱人的假设针，但实验证据支持的这个基因的概念仍是有限。例如,它还有待证明是在不涉及一般自噬体流出的情况下，否这些蛋白质的损耗会减慢连接同伴的清除。而且,有必要描述这些假定转接器是怎样选择他们以具有泛素系统的实体为靶向运输到自噬体途径的载体。
其他几个泛素结合蛋白质参与泛素系统蛋白质的选择性自噬。HDAC6包含一个BUZ类的泛素-结合性锌指状结构域,调解泛素连接并且对HDAC6在聚集素的形成及降解中的功能具有至关重要的作用(图1)。HDAC6不包含一个明显的LIR序列但直接与纤维蛋白运动原互相作用，运输聚集的蛋白质到具有丰富溶酶体的微细管组织中心。以类似方式,成熟的自体吞噬体在和溶酶体融合前被传送到微细管组织中心。在聚集小体中HDAC6可以捆绑泛素系统目标蛋白，因为自噬—非相似性蛋白酶体降解—可以捕捉到的主要较大结构,而不是单个蛋白质。为了支持这个概念,p62包含同型的相互作用域,有助于在由泛素覆盖的较大颗粒周围形成自体吞噬体。同样的,NDP52 p62都作用于大的结构,如:细菌、线粒体。众所周知，Cvt载体蛋白质也形成大的低聚物。因此诱导推测，对自体吞噬体的摄取的共同要求可能包括大尺度结构的形成,而该结构超出了UPS可处理的范围。
除了直接结合泛素的蛋白质外，一些缺乏泛素-相互作用序列的成分已经被发现与泛素系统蛋白质和自体吞噬体标记有关。ALFY(自噬体-样FYVE蛋白) 通过其磷脂酰肌醇-3-磷酸-结合 FYVE域与自体吞噬体膜相互作用并调解聚集的蛋白质的选择性大自吞噬。p62和ALFY相互作用并组织错误折叠的泛素系统蛋白进入被自噬体降解的机体内。ALFY 是否独立地与p62泛素系统载体相互作用仍有待调查。