自噬開(kāi)關(guān)3-Methyladenine(3-MA)的作用機(jī)制及應(yīng)用案例
3-Methyladenine是一種能特異性地與磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）結(jié)合，并抑制其活性的小分子化合物。3-Methyladenine（3-MA，AbMole，M2296）是探究細(xì)胞自噬分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的重要工具化合物。AbMole為全球科研客戶提供高純度、高生物活性的抑制劑、細(xì)胞因子、人源單抗、天然產(chǎn)物、熒光染料、多肽、靶點(diǎn)蛋白、化合物庫(kù)、抗生素等科研試劑，全球大量文獻(xiàn)專(zhuān)利引用。
一、作用機(jī)制
1.調(diào)控PI3K/Akt/mTOR通路
PI3K通路是細(xì)胞內(nèi)重要的信號(hào)傳導(dǎo)通路之一，根據(jù)其結(jié)構(gòu)和底物特異性的不同，可分為 I 型、II 型和 III 型[1]。其中，I型 PI3K 是由一個(gè)調(diào)節(jié)亞基（如 p85）和一個(gè)催化亞基（如 p110α、p110β、p110δ）組成的異源二聚體，主要參與細(xì)胞增殖、存活和代謝等過(guò)程的調(diào)控，其激活通常依賴(lài)于受體酪氨酸激酶（RTKs）的活化。3-Methyladenine（3-甲基腺嘌呤，AbMole，M2296）是一種選擇性的PI3K抑制劑，對(duì)I類(lèi)家族中的PI3Kγ 和III類(lèi)中的VPS34具有高效的抑制作用，其 IC50 值分別為60 μM和25 μM。3-Methyladenine可通過(guò)與 PI3Kγ和VPS34的調(diào)節(jié)亞基或催化亞基結(jié)合，影響其亞基之間的相互作用以及催化活性中心的結(jié)構(gòu)，從而降低PI3Kγ和VPS34的激酶活性。
圖1. An overview of PI3K family[1]
2.調(diào)控自噬通路
自噬是細(xì)胞內(nèi)高度保守的代謝過(guò)程，對(duì)維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、應(yīng)對(duì)外界應(yīng)激以及參與多種生理病理進(jìn)程起著關(guān)鍵作用。自噬過(guò)程主要包括以下幾個(gè)階段。
自噬啟動(dòng)：細(xì)胞經(jīng)外界刺激或者產(chǎn)生氧化應(yīng)激和營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)，胞內(nèi)的信號(hào)通路會(huì)被激活，從而啟動(dòng)自噬；
自噬小體形成：自噬啟動(dòng)后，會(huì)形成一些封閉的雙層膜囊泡，即自噬體（autophagosome）用于包裹待降解的底物，在此過(guò)程中需要一系列自噬相關(guān)蛋白（ATG 蛋白）的參與，如 Atg5、Atg12、Atg18等組成的復(fù)合物，以及微管相關(guān)蛋白 1 輕鏈 3（LC3）等；
自噬體與溶酶體融合：自噬體形成后，會(huì)通過(guò)細(xì)胞骨架微管系統(tǒng)運(yùn)輸至溶酶體附近，并與溶酶體發(fā)生融合，形成自噬溶酶體（autolysosome），這一過(guò)程需要多種蛋白質(zhì)和分子的參與，如 Rab7和SNARE分別介導(dǎo)了溶酶體和自噬體之間的識(shí)別和膜融合。3-Methyladenine（3-MA，3-甲基腺嘌呤，AbMole，M2296）主要通過(guò)抑制VPS34阻斷自噬，VPS34在胞內(nèi)可催化產(chǎn)生PI3P。PI3P在自噬體形成早期發(fā)揮重要的招募和定位作用，它可以與含有 FYVE 結(jié)構(gòu)域或 PX 結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)結(jié)合，這些蛋白質(zhì)包括 Atg家族、WIPI1等，它們參與自噬體膜的延伸和成熟過(guò)程。例如，Atg18 可以與PI3P結(jié)合，定位到自噬體膜上，促進(jìn)自噬體膜的擴(kuò)張和底物的包裹。在實(shí)驗(yàn)中，3-Methyladenine（3-MA，3-甲基腺嘌呤，AbMole，M2296）作為一款經(jīng)典的自噬早期抑制劑被廣泛使用。2014年，AbMole的兩款抑制劑分別被西班牙國(guó)家心血管研究中心和美國(guó)哥倫比亞大學(xué)用于動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，相關(guān)科研成果發(fā)表于頂刊 Nature 和 Nature Medicine。
圖2. Schematic representation of the autophagy process.
3.調(diào)控其它通路
除了PI3K/Akt/mTOR通路，3-Methyladenine（3-MA，3-甲基腺嘌呤，AbMole，M2296）還可能對(duì)其它細(xì)胞信號(hào)通路產(chǎn)生影響。例如，有研究表明3-Methyladenine能夠抑制Wnt/β-catenin和Notch信號(hào)通路的活性[2]。這些信號(hào)通路在細(xì)胞分化、組織發(fā)育以及腫瘤發(fā)生等過(guò)程中發(fā)揮重要作用。3-MA對(duì)這些通路的調(diào)控作用進(jìn)一步拓展了其在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)研究中的應(yīng)用范圍，為深入探究細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)提供了新的視角。
二、范例詳解
1. Cancer Res. 2023 Jan 18;83(2):251-263
上述文章的核心目的是研究MEX3A在卵巢癌細(xì)胞中的作用，特別是其如何通過(guò)調(diào)節(jié)p53蛋白來(lái)影響腫瘤的生長(zhǎng)和鐵死亡。研究發(fā)現(xiàn)，MEX3A在卵巢癌細(xì)胞中過(guò)表達(dá)，尤其是在含有野生型p53的卵巢癌亞型中。最終結(jié)果表明MEX3A通過(guò)促進(jìn)p53蛋白的降解，抑制了p53介導(dǎo)的鐵死亡，從而促進(jìn)了腫瘤的生長(zhǎng)和存活。在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中研究人員對(duì)MEX3A缺失（sh-MEX3A）和對(duì)照（sh-Ctrl）的PA-1和TOV21G細(xì)胞進(jìn)行了不同抑制劑的處理，以確定MEX3A缺失造成的細(xì)胞死亡類(lèi)型，該部分的實(shí)驗(yàn)使用了來(lái)自AbMole的Z-VAD-FMK (凋亡抑制劑，AbMole，M3143)，Necrostatin-1 (壞死抑制劑，AbMole，M2315)和3-Methyladenine (自噬抑制劑，AbMole，M2296)等多款產(chǎn)品[3]。
圖3. MEX3A depletion leads to ferroptosis phenotypes in WT p53 ovarian cancer cells[3]
2.Front Immunol. 2023 Mar 14;14:1120996.
該文章主要研究了Giardia duodenalis感染的Caco-2 和 HT29 細(xì)胞中的自噬水平變化，結(jié)果表明在與Giardia duodenalis共孵育的細(xì)胞中檢測(cè)出一系列自噬相關(guān)分子（如 LC3、Beclin1、Atg7、Atg16L1 和 ULK1）的上調(diào)，以及 p62 蛋白的下調(diào)，提示自噬的發(fā)生。并且實(shí)驗(yàn)人員還發(fā)現(xiàn)自噬與緊密連接低蛋白的下調(diào)和NO釋放的減少密切相關(guān)。此外，該研究還揭示了活性氧（ROS）依賴(lài)的AMPK/mTOR信號(hào)通路可促進(jìn)Giardia duodenalis誘導(dǎo)的自噬。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，科研人員使用了AbMole的多款抑制劑，包括3-Methyladenine（3-MA，3-甲基腺嘌呤，AbMole，M2296）、Chloroquine（晚期自噬抑制劑，AbMole，M9559）、N-acetyl-L-cysteine（ROS清除劑，NAC，AbMole，M5385）、Rapamycin（mTOR抑制劑，AbMole，M1768）
圖4. Giardia-induced autophagy regulated TJ protein expression and NO production in Caco-2 cells
參考文獻(xiàn)及鳴謝
[1] H. Li, X. Wen, Y. Ren, et al., Targeting PI3K family with small-molecule inhibitors in cancer therapy: current clinical status and future directions, Molecular cancer 23(1) (2024) 164.
[2] J. Bao, Y. Shi, M. Tao, et al., Pharmacological inhibition of autophagy by 3-MA attenuates hyperuricemic nephropathy, Clinical science (London, England : 1979) 132(21) (2018) 2299-2322.
[3] C. K. Wang, T. J. Chen, G. Y. T. Tan, et al., MEX3A Mediates p53 Degradation to Suppress Ferroptosis and Facilitate Ovarian Cancer Tumorigenesis, Cancer research 83(2) (2023) 251-263.
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