Calpain is required for macroautophagy in mammalian cells

Demarchi et al., J. Cell Biol. 175: 595-605 (2006)

演講者: 張家綸                                                     時間: 13:10~14:00; Mar. 21, 2007

講評者: 林以行 老師                                           地點: Room 601

中文摘要

鈣蛋白酶 (calpains) 是由一群受到鈣離子調控的半胱胺酸蛋白酶 (cysteine proteases) 所組成，能夠藉由去切割特定的受質而調控一些生理過程，例如：細胞分化、生長以及細胞死亡。在生物體中普遍存在的兩種鈣蛋白酶，微鈣蛋白酶 (milicalpain) 與 毫鈣蛋白酶 (microcalpain) 都需要calpain small 1 (CAPNS1) 這個調控的次單位蛋白與之作用，才能擁有完整的功能¹。先前的研究發現，抑制鈣蛋白酶的功能會使得細胞容易走向細胞凋亡，此外，如果是鈣蛋白酶缺失的細胞會加強神經醯胺 (ceramide) 促使細胞凋亡的作用。 巨型細胞自噬 (macroautophagy) 是一種在真核細胞中相當常見的現象，能夠藉由與溶酶體 (lysosome) 結合將細胞質中的大分子與胞器代謝。細胞自噬除了能使細胞存活之外，許多研究發現這種在細胞死亡的過程中扮演了重要的角色²。 本篇研究作者想進一步探討鈣蛋白酶在細胞自噬現象所扮演的角色，並且探討鈣蛋白酶相關的細胞自噬對於細胞凋亡的影響。本篇研究發現，細胞自噬現象在CAPNS1缺失的老鼠胚胎纖維母細胞中是不完整的，而同樣的現象也能夠在CAPNS1基因被siRNA所干擾的人類骨肉瘤細胞株U2OS當中看見。而反應細胞自噬功能的溶酶體活性與長壽蛋白水解功能 (long-lived protein degradation) 在CAPNS1缺失的老鼠胚胎纖維母細胞中均有受到抑制的現象。作者接著去觀察，在送入外源性LC3蛋白的CAPNS1缺失老鼠胚胎纖維母細胞和人類骨肉瘤細胞株U2OS中細胞自噬體 (autophagosome) 的形成，發現外源性的GFP-LC3融合蛋白會持續地形成聚集的小群體。而這種外源性的LC3蛋白聚集小體會與核內體 (endosome) 的標記蛋白有位置重疊的結果，且會聚集在類早期核內體小泡中。最後，這種與鈣蛋白酶相關的細胞自噬不完整的現象能夠使CAPNS1缺失老鼠胚胎纖維母細胞和人類骨肉瘤細胞株U2OS容易走向細胞凋亡。總結上述結果，在這篇研究當中發現，鈣蛋白酶的功能對於哺乳類細胞當中的細胞自噬是必須的，此外，鈣蛋白酶對於將膜形成細胞自噬體的過程可能扮演一定的角色 (如圖一)。

參考文獻

1.      Goll DE, Thompson VF, Li H, Wei W, Cong J. The calpain system. Physiol. Rev. 83: 731-801 (2003).

2.      Levine B, and Yuan J. Autophagy in cell death: an innocent convict? J. Clin. Invest. 115: 2679-2688 (2005).

圖一、鈣蛋白酶的功能對於哺乳類細胞當中的細胞自噬是必須的，此外，鈣蛋白酶對於將膜形成細胞自噬體的過程可能扮演一定的角色。