Сигнальные пути и ATG протеины, которые контролируют аутофагию
Процесс формирования аутофагосом строго регулируется и является сложным, включающим множество различных протеиновых комплексов, которые содержат ATG протеины и другие регуляторы, и здесь приводится только краткое и упрощенное резюме.
Не удивительно, учитывая, что на аутофагию влияет большое количество различных стимулов, многочисленные сигнальные пути регулируют аутофагию. Однако большинство этих путей конвергируют на путь mTOR/PI3 киназы, где механистическая мишень рапамицина (mTOR и, в частности, комплекс mTORC1) служит в качестве главного отрицательного регулятора, который контролирует аутофагию (рис. 1). Эту функцию можно ожидать, поскольку mTORC1 координирует клеточный рост и метаболизм в ответ на диверсивные средовые сигналы, включая нутриенты и факторы роста. Таким образом, при одновременной стимуляции анаболических путей и супрессии катаболических, таких как аутофагия, может наблюдаться скоординированный рост клеток. Ключевым ранним шагом в mTORC1 регуляции аутофагии, является контроль активности пары протеинкиназ, ULK1 и ULK2, которые образуют комплекс с несколькими другими регуляторами аутофагии, включая ATG13, FIP200 и ATG101. Когда питательных веществ много, mTORC1 фосфорилирует ULK1. Это предотвращает активацию ULK1 с помощью AMPK, который сам является ключевым медиатором аминокислотного сигналинга. Таким образом, относительные уровни активности mTORC1 и AMPK контролируют активность ULK1 для регуляции аутофагии, а mTOR ингибиторы, такие как рапамицин, являются мощными индукторами аутофагии.
Такой посттранскрипционный сигналинг в значительной степени объясняет, как контролируются острые изменения аутофагии, например, увеличение скорости образования аутофагосом в ответ на острую аминокислотную старвацию. Кроме того, происходит транскрипционная регуляция множества компонентов пути аутофагии (а также лизосомальных протеинов). Это достигается с помощью членов TFEB/MITF и FOXO семейства транскрипционных факторов, а также ряда эпигенетических модификаторов, включая BRD4 и репрессоры экспрессии генов. Эти регуляторы транскрипции непосредственно регулируют множественные ATG гены скоординированным образом, чтобы обеспечить более устойчивую регуляцию относительных уровней аутофагии. Это позволяет некоторым клеткам иметь более высокий или более низкий уровень устойчивой аутофагии по сравнению с другими клетками. Транскрипционная регуляция аутофагии также координируется mTOR путем. Например, TFEB является прямой мишенью для mTORC1, и его фосфорилирование приводит к секвестрации транскрипционного фактора в цитоплазме, предотвращая тем самым активацию его генов-мишеней в ядре. Путем таргетинга длительного транскрипционного контроля аутофагических регуляторов, и прямого контроля киназного комплекса, который инициирует образование аутофагосом, координированный контроль пути возможен. При раке эти эффекты считаются особенно важными. Например, при раке поджелудочной железы повышенная активность MITF семейства ведет к устойчивому повышению аутофагии, что имеет решающее значение для обеспечения выживания опухолевых клеток и роста опухоли поджелудочной железы.
Комплекс ULK контролирует другой комплекс, который включает в себя белок, называемый Beclin1 (BECN1), который является ортологом белка Atg6 дрожжей. Комплекс BECN1, который служит для инициации нуклеации пузырька, который станет аутофагосомой, также содержит фосфатидилинозитолкиназу класса III, VPS34, а также другие регуляторы, включая AMBRA, RUBICON и UVRAG. Активация комплекса BECN1 повышает активность VPS34 в отношении фосфорилирования фосфатидилинозитола с образованием фосфатидилинозитол (3) -фосфата (PtdINs (3) P), и это имеет решающее значение для аутофагии, а также других событий переноса, включая эндоцитоз.
Фиг. 1. Схематический рисунок аутофагического пути и ключевых протеинов, вовлеченных в индукцию и нуклеацию аутофагосом, а также слияния аутофагосом с лизосомами.
Следующие шаги в генерации аутофагосом включают системы конъюгации белков, которые концептуально похожи на системы, которые конъюгируют белки с небольшими пептидами, такими как убиквитин. Происходят два события сопряжения. В первом случае небольшой белок, ATG12, конъюгирован с ATG5. Это катализируется E1-подобным активирующим ферментом, ATG7, который работает вместе с ATG10 (ферментом, конъюгирующим E2), чтобы создать конъюгат ATG12-ATG5. Конъюгат ATG12-ATG5 нековалентно взаимодействует с другим белком, ATG16, создавая комплекс, обладающий активностью, подобной E3, который вместе с ферментом E2 ATG3 и ATG7, снова служащим в качестве E1, катализирует еще одно событие конъюгации, которое добавляет фосфатидилэтаноламин (PE) к членам. белков семейства MAP1LC3 и GABARAP. Эти белки являются гомологами дрожжей Atg8. Наиболее часто изучаемым из этих белков является MAP1LC3B (часто называемый LC3). PE конъюгация происходит после протеолитического расщепления LC3 одним из четырех членов (A – D) семейства протеаз ATG4. Событие конъюгации LC3 для создания LC3-PE, которое обычно называют LC3-II, важно для образования аутофагосом (хотя, возможно, не является абсолютно необходимым, так как клетки, которые имеют делецию многих из вышеуказанных ATG, все еще могут образовывать аутофагосомы как везикулы) , Это событие также важно в практическом смысле, потому что конъюгированная форма LC3-II работает быстрее на полиакриламидных гелях, чем неконъюгированный белок LC3-I, и образует очаги в клетках. Эти легко обнаруживаемые изменения в LC3 служат основным способом количественной оценки аутофагосом. Таким образом, события конъюгации, которые управляют образованием аутофагосом, вовлекают один и тот же фермент E1 (ATG7), разные E2 (ATG10 и ATG3) и создают белок-белковый конъюгат (ATG12-ATG5) и белок-липидный конъюгат (ATG8 / LC3 / GABARAPs-PE ). Исследователи могут нацеливаться на эти молекулы (чаще всего ATG7 или ATG5) в качестве способа ингибирования аутофагии, и было проведено много доклинических исследований на животных для оценки развития и прогрессирования опухоли после удаления одного или другого из этих генов в конкретном типе опухоли.
После событий конъюгации аутофагосома, отмеченная LC3-II, затем закрывается. Этот этап включает в себя RAB5 GTPase, а также требует двух других белков ATG2A и ATG2B, которые, если удаляются, предотвращают закрытие. LC3-маркированные интактные аутофагосомы с их грузом, который предназначен для деградации, затем сливаются с лизосомами. Для этого требуется другая маленькая GTPase, RAB7. В конце концов белок LC3II, который находится внутри аутофагосомальной мембраны, разлагается вместе с остальной частью груза, в то время как LC3-II снаружи расщепляется ATG4B, высвобождая белок LC3-I для повторного использования в другом цикле конъюгации с PE. сделать новые аутофагосомы. Для слияния лизосом также требуется малый белок STX17, а также белки на самой лизосоме, особенно LAMP2. Для слияния также требуется полностью функциональная лизосома, которая поддерживает кислотный рН. Это означает, что лекарственные средства, которые влияют на лизосомы, такие как противомалярийные средства, такие как хлорохин, гидроксихлорохин или хинакрин, а также ингибитор V-АТФазы Bafilomycin A1, могут действовать как ингибиторы аутофагии, предотвращая слияние лизосом с аутофагосомами.
С точки зрения биологии рака, есть ряд важных вопросов, которые следует отметить. Во-первых, многошаговая природа пути аутофагии означает, что существует множество потенциальных возможностей для манипулирования этим процессом. Такие манипуляции могут быть выполнены как генетически, с использованием shRNA, нокаутов генов или доминантных негативных мутантов, чтобы инактивировать или блокировать активность специфических белков ATG, или многие из тех же белков могут быть нацелены фармакологически. Таким образом, селективные ингибиторы протеинкиназ (ULK1 и ULK2), а также липидкиназа VPS34 были протестированы на противоопухолевые эффекты, как и ингибиторы протеазы ATG4B и E1, конъюгирующего белок ATG7. Однако в настоящее время единственными лекарственными средствами, которые используются у людей для подавления аутофагии, являются лизосомальные ингибиторы хлорохин и гидроксихлорохин. Также возможно манипулировать аутофагией, воздействуя на сами комплексы. Например, проницаемый для клеток пептид, который разрушает отрицательный регулятор комплекса BECN1, был использован для активации аутофагии. Комплекс BECN1 также содержит антиапоптотические белки, включая BCL2 и BCLXL. Эти белки взаимодействуют с BECN1 через домен BH3. Это тот же тип домена, который контролирует активность семейства BCL в митохондриях во время проницаемости внешней мембраны митохондрий (MOMP), чтобы регулировать ограничивающую скорость стадию канонического апоптоза. Обнаружение этого взаимодействия привело к предположению, что миметики BH3 (например, Venetoclax), которые представляют собой лекарственные средства, которые были разработаны для разрушения взаимодействий белка BH3, чтобы подтолкнуть опухолевые клетки ближе к их апоптотическому порогу, также могут нарушать комплекс BECN1 и вызывать аутофагию. Конкретные детали этого механизма являются неполными, и, хотя общепринято, что миметики BH3 активируют аутофагию, идея, что они делают это, нарушая взаимодействие BECN1-BCL2, была поставлена под сомнение. Однако даже если детали миметиков BH3 были поставлены под сомнение, важным моментом является то, что существует множество потенциальных стратегий, с помощью которых аутофагия может быть ингибирована или индуцирована, и они включают как вмешательство в ферментативную активность, так и изменение белковых комплексов; обе стратегии способствуют выборочным фармакологическим вмешательствам.
Таким образом, существует множество потенциальных способов манипулирования аутофагией, и это поднимает второй важный момент: различные потенциальные вмешательства для блокирования аутофагии могут делать это на разных этапах процесса (рис. 2). Это важно, потому что, хотя блокирование аутофагии на любом этапе должно быть схожим с точки зрения его способности предотвращать деградацию груза, остановка процесса аутофагии до образования аутофагосом может иметь другие эффекты, чем блокирование после образования аутофагосом, но до слияния с лизосомой, когда аутофагосома служит сигнальным центром (дальнейшее обсуждение см. ниже).
Фиг. 2. Аутофагический путь может таргетироваться на нескольких этапах, фармакологически или генетически.
Селективная и неселективная аутофагия
В конечном счете, функция аутофагии заключается в разрушении клеточного материала. Это часто называют неселективным, подразумевая, что материал, который поглощен аутофагосомами и разрушен лизосомальными гидролазами, является совершенно случайным. Эта идея неверна. Хотя, несомненно, происходит случайный захват цитозольных белков в аутофагосомах, причем их уровень в аутофагосоме определяется просто их цитозольной концентрацией, многие белки специально нацелены на аутофагическую деградацию или специально исключены из аутофагической деградации. Таким образом, хотя большая часть протеома может быть разложена аутофагией, аутофагия часто бывает довольно специфичной. Глобальный протеомный анализ показывает, что белки с коротким сроком жизни, как правило, расщепляются протеасомой, а белки с более долгим сроком жизни, как правило, деградируют с помощью аутофагии. Более того, некоторые белки и белковые комплексы, по-видимому, особенно устойчивы к аутофагическому обмену (например, рибосома). Конкретные белки также могут быть направлены на аутофагическую деградацию, и это может регулироваться внешними стимулами. Хорошим примером является ферритин, который связывает железо. Ферритин должен быть разложен в лизосоме (процесс, который был назван ферритинофагией) для высвобождения железа. Таким образом, в условиях дефицита железа ферритин специально нацелен на деградацию аутофагосом. Это достигается с помощью адапторного белка, называемого NCOA4, который связывается с ферритином в условиях дефицита железа и направляет его на распознавание развивающейся аутофагосомой. Онкогенные сигналы также могут вызывать деградацию определенных белков в результате аутофагии. Например, ядерный белок ламина B1 избирательно нацеливается на аутофагосомы в трансформированных РАС опухолевых клетках. Вероятно, существует много других случаев, когда конкретные белки являются мишенями для аутофагической деградации, но идентификация таких белков технически трудна, и до настоящего времени большинство случаев селективной аутофагии определенных белков были выявлены случайно или с использованием очень целенаправленного подхода кандидата.
Аутофагия также нацелена на белковые комплексы (например, токсичные агрегированные белки, в том числе связанные с такими заболеваниями, как экспансия глютамина, такие как болезнь Хантингтона и другие нейродегенеративные заболевания), специфические органеллы (митохондрии, пероксисомы, лизосомы и части эндоплазматического ретикулума) и другие организмы (бактерии и вирусы) , Многие из этих селективных форм аутофагии имеют специфические названия (например, митофагия относится к деградации митохондрий, в то время как пексофагия представляет собой деградацию пероксисом). Специфичность достигается определенными рецепторами груза, которые распознают груз и направляют его на формирующуюся аутофагосому, гарантируя, что рассматриваемая цель преимущественно поглощена аутофагосомами. Наиболее хорошо охарактеризованным рецептором аутофагического груза является SQSTM1, обычно известный как p62, который связывает убиквитинированные молекулы, чтобы доставить их к аутофагосомам. Вероятно, существует много других грузовых рецепторов, и, например, семейство белков TRIM может регулировать различные события, нацеленные на груз. Одним из направлений современных исследований в области рака и других заболеваний является попытка понять и в конечном итоге найти способы усиления или подавления определенных форм селективной аутофагии, а не воздействия на процесс в целом.
Измерение и манипулирование аутофагией
Наиболее распространенным способом измерения аутофагии является оценка уровня LC3-II. Это делается либо вестерн-блоттингом, используя преимущества более быстрой мобильности PE-конъюгированного белка в полиакриламидных гелях, либо путем подсчета очагов LC3 после иммуноокрашивания или, иногда в лабораторных исследованиях, после экзогенной экспрессии флуоресцентной версии LC3. Распространенное заблуждение в литературе об аутофагии заключается в том, что повышение уровней LC3-II с помощью этих мер должно быть связано с увеличением аутофагии. Проблема состоит в том, что аутофагия представляет собой динамический процесс, при котором аутофагосомы образуются (т.е. увеличиваются LC3-II), но затем сливаются с лизосомами, что приводит к деградации и снижению LC3-II. Это образование, а затем деградация аутофагосом называется аутофагическим потоком, и истинное увеличение аутофагии фактически означает увеличение потока. Практическая проблема заключается в том, что увеличение аутофагического потока может привести к большему количеству LC3-II, меньшему количеству LC3-II или тому же количеству LC3-II в зависимости от относительных скоростей образования, слияния и деградации аутофагосом. В литературе есть много исследований, где неверная интерпретация таких экспериментов имела место, и в некоторых случаях были сделаны неверные выводы (например, относительно того, была ли аутофагия индуцирована или ингибирована).
Как и в случае любого динамического процесса, включающего оборот биологических молекул, чтобы оценить, увеличен он или нет, нужно заблокировать поток через систему. В лаборатории наиболее распространенный способ окончательно проверить, действительно ли влияет на аутофагию, — это блокировать лизосому с помощью хлорохина или бафиломицина А1. Когда предотвращается слияние, LC3-II должен накапливаться и, если также имеется зависимое от стимула увеличение образования аутофагосом (то есть усиление аутофагии), это будет проявляться в дальнейшем накоплении LC3-II и большем количестве очагов LC3. Аутофагический поток также измеряют с использованием LC3 или других белков, нацеленных на аутофагосомы, с флуоресцентными маркерами, которые изменяются в зависимости от кислотности окружающей среды, что позволяет следить за слиянием с кислотными лизосомами с помощью флуоресцентной микроскопии или проточной цитометрии. Важной нерешенной проблемой в данной области является то, что, хотя такие анализы могут быть легко выполнены в экспериментах на клеточных культурах, гораздо труднее провести такой эксперимент на живом животном. Еще труднее проводить такие измерения в образцах тканей, которые могут быть получены из клинических образцов. Это означает, что существует много ситуаций (например, при исследовании образцов биопсии, полученных в рамках клинического исследования), когда эти подходы для измерения аутофагии неосуществимы. Поэтому были предложены альтернативные методы измерения аутофагического потока. Уровни p62 / SQSTM1 могут быть измерены, что, как отмечено выше, является важным рецептором груза для ряда селективных субстанций аутофагии. Увеличение p62 может свидетельствовать о торможении аутофагии, тогда как снижение p62 интерпретируется как увеличение аутофагии. Проблема здесь в том, что p62 также регулируется другими способами. Например, он транскрипционно активируется многими стимулами. В настоящее время у нас нет действительно конкретного маркера, уровни которого указывают только на количество аутофагии, которая имеет место.
Функции для аутофагии: контроль метаболизма и гибели клеток
Две основные связанные функции аутофагии, которые влияют на рак, — это контроль клеточного метаболизма и гибели клеток. Один из способов, которыми аутофагия контролирует метаболизм, заключается в обеспечении продуктов распада, когда субстраты макромолекулярной аутофагии разлагаются лизосомальными гидролазами. Эти продукты затем используются для биосинтеза или производства энергии. Например, аминокислоты могут поступать в цикл TCA, чтобы генерировать АТФ посредством окислительного фосфорилирования. Такое использование внутри клетки питательных веществ и метаболических предшественников особенно важно, когда внешние питательные вещества недоступны, например, во время голодания. Неудивительно, что у взрослых мышей, которые внезапно становятся полностью дефектными при аутофагии (путем индуцируемого нокаута гена Atg7), обнаруживаются заметные изменения в метаболизме и они очень чувствительны к голоданию. Аутофагия также важна в регулировании общих типов метаболизма, на которые полагаются клетки. Например, было показано, что аутофагия способствует гликолизу в RAS-трансформированных раковых клетках. Аутофагическая деградация специфических субстратов, например, липидных капель (процесс, который называется липофагия) также влияет на клеточный метаболизм. Аутофагический оборот определенных органелл (особенно митохондрий), которые сами контролируют метаболические пути, также влияет на общее метаболическое состояние клетки и организма. В биологии рака, другой важный аспект способности аутофагии контролировать метаболизм возникает потому, что аутофагия в одной клетке может влиять на поведение другой клетки. Один такой не клеточно-автономный эффект возникает, когда аутофагия в панкреатических звездчатых клетках подает аминокислоты (особенно аланин) в соседние раковые клетки поджелудочной железы, чтобы стимулировать метаболизм в опухолевых клетках, который необходим для роста опухолевых клеток.
Другой часто изучаемой функцией для аутофагии, связанной с раком, является ее способность контролировать гибель клеток, при этом были идентифицированы функции как про-смерти, так и анти-смерти. Действительно, аутофагиозно-зависимая гибель клеток (иногда называемая аутофагической гибелью клеток или запрограммированной гибелью клеток типа 2) является одной из определенных в настоящее время версий запрограммированной гибели клеток наряду с апоптозом (запрограммированная гибель клеток типа 1) и различными типами запрограммированного некроза (запрограммированный тип 3). гибель клеток), таких как некроптоз. Аутофагий-зависимая гибель клеток также важна при нормальном развитии, что лучше всего продемонстрировано у дрозофилы. В литературе по раку есть много примеров, когда была предложена аутофагия, способствующая уничтожению опухолевых клеток противоопухолевыми препаратами. В большинстве случаев этот вывод основан на двух наблюдениях. Сначала препарат вызывает аутофагию, за которой следует гибель клеток. Во-вторых, ингибирование аутофагии путем нокдауна АТГ и / или использование фармакологических ингибиторов аутофагии уменьшает количество погибших опухолевых клеток. Одна из проблем таких исследований заключается в том, что регуляторы аутофагии могут регулировать гибель / апоптоз клеток с помощью механизмов, независимых от аутофагии. Например, и ATG5, и ATG12 могут регулировать митохондриальный апоптоз способами, которые не включают сам процесс аутофагии. Если изучаемый механизм гибели клеток требует нескольких разных белков ATG, то более вероятно, что это действительно тот тип смерти, который требует аутофагии. В этом случае также важно определить, является ли это случаем самой аутофагии, убивающей клетку (то есть истинной аутофагической гибели клеток), или случаем аутофагии, способствующей другой форме смерти, такой как апоптоз.
Такие эффекты могут быть очень специфичными. Например, было показано, что даже в одной и той же популяции опухолевых клеток аутофагия способна специфически стимулировать или ингибировать два очень похожих апоптических стимула (лиганды рецептора смерти Fas-лиганд / CD95-лиганд и лиганд, индуцирующий апоптоз, связанный с фактором некроза опухоли), TRAIL). В этом случае способность стимулировать или ингибировать апоптоз достигалась за счет избирательной деградации специфических белков. Таким образом, аутофагия сенсибилизирует раковые клетки к лиганду Fas, потому что аутофагия ухудшает отрицательный регулятор рецептора Fas (протеинфосфатазы PTPN13). Поскольку расщепляемый субстратный белок влияет только на один апоптотический стимул, этот механизм делает аутофагию-опосредованную стимуляцию апоптоза высоко специфичной для стимула. Такие эффекты также могут зависеть от типа клеток, потому что только клетки, которые экспрессируют PTPN13, демонстрировали апофтоз-зависимый апоптоз с помощью Fas-лиганда. Важным моментом является то, что, направляя специфические белки на аутофагическую деградацию, аутофагия может проявлять очень специфические эффекты на апоптоз. Могут существовать другие специфические субстраты аутофагии, которые отрицательно контролируют апоптоз.
Наоборот, способность аутофагии защищать от апоптоза является более общей, и именно эта активность позволяет ингибиторам аутофагии действовать в качестве сенсибилизаторов к другим противораковым препаратам. Действительно, это основа для многочисленных клинических испытаний, основанных на доклинических исследованиях, в которых было показано, что ингибиторы аутофагии способствуют апоптозу опухолевых клеток другими противораковыми средствами. Недавно было показано, что одним из основных механизмов, посредством которых это происходит, является аутофагия, регулирующая основной компонент механизма апоптоза, который контролирует высвобождение митохондриальных белков, таких как цитохром с, во время апоптоза. Аутофагия нацелена на белок PUMA / BBC3, но делает это косвенно, так как аутофагия контролирует основную скорость транскрипции гена PUMA путем деградации вышестоящего фактора транскрипции. Таким образом, когда аутофагия низка, базальные уровни PUMA выше, и это способствует тому, что клетка легче подвергается митохондриальному апоптозу. Интересно, что в этом случае способность хлорохина повышать чувствительность к обычным цитотоксическим лекарствам от рака, таким как этопозид или доксорубицин, достигается благодаря этому механизму только через один сайт связывания транскрипционного фактора в геноме человека.
Недегративные функции для ATG протеинов и аутофагосомных структур
Еще одним важным источником путаницы в исследованиях аутофагии является тот факт, что белки ATG, которые контролируют аутофагию, имеют другие биологические эффекты, которые не зависят от аутофагии. Многие из этих других функций имеют важное значение для рака. Например, ATG7 регулирует опухолевый супрессор p53 с помощью механизмов, независимых от аутофагии. Аналогично, BECN1 контролирует цитокинез, в то время как, как отмечено выше, ATG12 и ATG5 контролируют апоптоз, а ATG5 также контролирует передачу сигналов MAP-киназы. Эти виды воздействия обычно связаны с одним регулятором аутофагии, который не дает других АТГ. Поэтому при оценке роли аутофагии в данной системе необходимо тестировать несколько ATG, особенно из разных частей пути, так как результаты от нокдауна / нокдауна одного белка могут быть не связаны с функциями, связанными с аутофагией.
В других случаях мы знаем, что существуют различные процессы, связанные с аутофагией, которые включают многие ATG, но не являются настоящей аутофагией. Например, тип фагоцитоза, называемый LC3-ассоциированным фагоцитозом (LAP), включает большинство белков ATG, которые необходимы для аутофагии. LAP можно отличить от аутофагии по ее зависимости от компонента комплекса Беклина, называемого RUBICON, который является негативным регулятором аутофагии, но позитивным регулятором LAP.
Наше механистическое понимание независимых от аутофагии ролей белков ATG и механизма аутофагии отстает от нашего понимания того, как деградирующие функции аутофагии вызывают биологические эффекты. Исследования с белком FIP200 дают модель того, как мы можем узнать, является ли стимулирующее рак действие белка, который действует как на аутофагию, так и на другие клеточные пути, зависит от аутофагии. FIP200 необходим для индукции аутофагии как часть комплекса ULK1, где он связывается с ATG13. Он также является важным компонентом фокальной адгезии, где он регулирует активность киназы фокальной адгезии для изменения передачи сигналов интегрина. Мыши, нокаутированные по FIP200, являются эмбриональными смертельными, но это происходит из-за эффектов FIP200, не зависящих от аутофагии, как показано на примере поколения мыши с точечными мутациями в FIP200, которые устраняют только его функции, зависящие от аутофагии, нарушая связывание ATG13, не влияя на другие его роли; Эти мыши выживают дольше, чем нокауты FIP200, и имеют фенотип, сходный с нокаутными мышами Atg5 или Atg7, у которых дефицит аутофагии, но нет передачи сигналов интегрина. Напротив, тот же мутантный белок был использован, чтобы показать, что способность FIP200 регулировать рост опухоли молочной железы фактически зависит от его функции аутофагии.
В других случаях данные свидетельствуют о том, что роли регулятора аутофагии, которые важны для поведения раковых клеток, могут быть через функции, которые не зависят от аутофагической деградации. Например, механизм аутофагии регулирует клеточную секрецию цитокинов и других молекул, и эта активность, независимо от деградирующих функций аутофагии, может объяснить, почему вмешательство в ATG предотвращает подвижность и инвазию клеток опухоли молочной железы. Важным вопросом в отношении рака является то, что хотя ATG, которые регулируют аутофагию, могут иметь важные специфические для рака функции, они могут быть или не быть связаны с аутофагией, и необходимо понимать молекулярные механизмы в каждом конкретном случае, чтобы понять, как интересующий фенотип рака контролируется.
Аутофагосомы и аутофагосомоподобные структуры также могут служить в качестве сигнальных центров или каркасов. В настоящее время не полностью понят весь спектр сигнальных путей, на которые могут влиять аутофагосомные леса. Однако мы знаем, что два различных типа гибели клеток — апоптоз и некроптоз — могут регулироваться ассоциацией сигнальных молекул на аутофагосоме. Эти физические ассоциации активируют либо каспазы, чтобы вызвать апоптоз, либо регулируют некроптосому, которая является комплексом протеинкиназы, которая контролирует некроптоз. Такие механизмы также демонстрируют важную концепцию, упомянутую выше — ингибирование аутофагии может иметь различные эффекты, в зависимости от того, какая стадия пути ингибируется. Таким образом, при конкретном типе рака (опухолевые клетки предстательной железы с потерей гена-супрессора опухоли MAP3K7, который кодирует протеинкиназу TAK1) TRAIL убивает раковые клетки путем некроптоза, а не апоптоза. В этом случае некроптоз вызывается рекрутированием компонентов некроптосомы в аутофагосомы через адаптерный белок p62, упомянутый выше. Однако, поскольку основным механизмом является аутофагосомные леса, а не аутофагосомная деградация, вмешательства по подавлению аутофагии, которые предотвращают образование скаффолда, могут иметь противоположные эффекты по сравнению с теми, которые предотвращают деградацию скаффолда. Таким образом, ингибирование ATG5, ATG7 или липидкиназы VPS34, которые все необходимы для образования аутофагосом, ингибируют некроптоз опухолевых клеток, тогда как ингибирование лизосомы для предотвращения слияния аутофагосом увеличивает некроптоз опухолевых клеток. Это устанавливает концепцию, согласно которой может быть не только важно, ингибирует ли аутофагия или нет, но именно то, как именно ингибируется аутофагия, может определять полезность лечения рака.