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细胞器间的互作也是个有意思的东西,我们之前分享过脂滴LD和过氧化物酶体的文章,还分别整理分享过线粒体、内体的故事,这次整理分享一篇算是内体和线粒体互作的文章把,具体内容如下:

 

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MCF-7细胞诱导凋亡后,细胞色素C从线粒体释放,内溶酶体(Rab5标记,我们之前分享的内体相关文章把Rab5归为早期内体marker)定位到线粒体(TOM70标记)

  

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HeLa细胞上,凋亡发生时也观察到了内溶酶体定位到外膜损伤的线粒体(这回没有细胞色素C,用了IMS-RP – 绿色本来在线粒体内,和线粒体(白色)共定位,发生凋亡后绿色弥散到整个细胞)

 

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看内溶酶体和线粒体空间关系细节:凋亡发生后内溶酶体定位到了线粒体内部,还发现内溶酶体和BAX接近(凋亡发生时BAX在线粒体上组装出孔洞结构)

 

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内溶酶体在线粒体内部,这个现象挺有意思,用电镜字再确证一下:凋亡发生时,线粒体内部的确出现了空泡,;免疫金法确证凋亡发生时内溶酶体在线粒体内部

  

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空间上看了凋亡过程中内溶酶体的分布,开始看看时间上内溶酶体在整个凋亡过程中的位置,发现:内溶酶体定位到线粒体发生在凋亡早期,它定位到内溶酶体之后线粒体外膜才发生损伤,而后线粒体形态改变(之前分享的那篇关于BAX/BAK的science里也观察到了凋亡发生后线粒体形态发生改变)

  

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BID是另一个线粒体外膜损伤marker,又分别用Tf-546和Bodipy-CHOL标记内溶酶体,看到了内溶酶体进入线粒体的过程

 

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内溶酶体可以被胆固醇染料Bodipy-CHOL标记,而线粒体外膜不含胆固醇,所以作者推测凋亡过程中内溶酶体定位到线粒体会改变线粒体膜成分,实际验证一下:未诱导凋亡的细胞用皂苷(胆固醇选择性透化剂)透化后,染线粒体外膜蛋白TOM20和线粒体内的一种蛋白TRAP1,无法染色线粒体内蛋白TRAP1;而诱导凋亡后,只有经过皂苷透化的细胞可实现TRAP1染色(PFA固定的凋亡细胞没法实现TRAP1染色,排除了凋亡细胞是因为BAX/BAK组装出的孔洞造成TRAP1染色的可能性),暗示凋亡后线粒体那有了皂苷可透化的胆固醇成分,应该是内溶酶体把胆固醇带过去改变了线粒体膜成分

  

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看看内溶酶体定位和凋亡关键分子事件(BAX聚集、细胞色素C释放)的关系

 

 内溶酶体和线粒体、凋亡关键分子事件的时空关系看完差不多了,开始看它在凋亡中的作用,沉默Rab5后,凋亡过程中定位到线粒体的BAX增加

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沉默Rab5后,凋亡细胞线粒体细胞色素C释放减少

 

 HeLa细胞上也发现当Rab5被沉默后,凋亡细胞线粒体BAX聚集增加、细胞色素C释放减少

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沉默Rab5的细胞在表达Rab5可rescue细胞色素C释放,但过表达Rab5并不能促进细胞色素C的释放

 

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 做的还挺细,除了看凋亡过程中线粒体细胞色素C的释放,还看了smac的释放,沉默Rab5后,smac释放也受到影响

 

 

文章到这刚两层,继续往内溶酶体的上游挖,作者发现是去泛素化酶USP15调节内溶酶体定位到凋亡细胞的线粒体

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沉默USP15抑制内溶酶体定位到凋亡细胞线粒体后,凋亡细胞线粒体细胞色素C释放减少 

 

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沉默USP15抑制内溶酶体定位到凋亡细胞线粒体后,BAX定位到凋亡细胞线粒体增加

 

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刚才是HeLa上沉默USP15,在MCF-7上再做一遍:沉默USP15后,内溶酶体定位到线粒体减少、细胞色素C释放减少

 

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沉默USP15后线粒体外膜仍会损伤,但耗时变长

 

 

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接着挖调控Rab5的蛋白丰富文章:这回找的是调节Rab活性的GEF(GTP exchange factor),先看ALS2,将其沉默,发现并不影响Rab5定位到凋亡细胞线粒体、影响BAX、细胞色素C行为

 

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另一个GEF Rabex-5在诱导凋亡后会定位到线粒体

 

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 沉默Rabex-5影响内溶酶体、BAX、细胞色素C行为 – 又找到一个调控内溶酶体的蛋白

 

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接着描摹内溶酶体对凋亡调控的细节(同时也丰富文章):凋亡发生后BAX构象发生改变,N端会暴露,二聚之后寡聚,沉默一系列内溶酶体蛋白后,凋亡细胞BAX N端暴露减少、BAX寡聚减少,暗示内溶酶体调节BAX构象

 

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 凋亡过程中,BAX通过在线粒体表面组装出孔洞结构调节线粒体通透性,组装行为依赖BAX构象变化、寡聚,既然内溶酶体影响BAX N端暴露和寡聚,那么它很可能影响线粒体通透性,还是通过染线粒体内蛋白TRAP1看内溶酶对线粒体通透性的影响,发现:沉默前面挖到的一系列内溶酶体调控蛋白后,TRAP1染色受抑制,暗示内溶酶体调控线粒体通透性(还看到了沉默内溶酶体后细胞死亡减少)

 

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最后又换了比较新型的凋亡诱导剂(Vx是BCL-2抑制剂,S63845是MCL-1抑制剂)看文章挖出来的内溶酶体在凋亡过程中的行为

 

细胞器间互作是个有意思的东西,有点跨界的意思 - 找到一个点(这篇是内溶酶体),和经典通路(内源凋亡通路)建立关联就成文了。可以参考这个思路,看看自己关注的细胞器能不能和别人的方向发生点故事,读读文线,把两条技术路线交叉一下就OK了……

 

Tim Sen Wang, Isabelle Coppens, Anna Saorin, Nathan Ryan Brady, Anne Hamacher-Brady. Endolysosomal Targeting of Mitochondria Is Integral to BAX-Mediated Mitochondrial Permeabilization during Apoptosis Signaling [J]. Developmental Cell, June 22, 2020.

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