Metacaspase在酵母凋亡过程中的作用

　　3外源刺激诱导酵母凋亡与YCA1的作用
　　很多应激条件和药物能够诱导酵母细胞凋亡,其中大部分都需要YCA1的作用。低剂量的H2O2和醋酸是最常见的诱导物[10-11]。删除YCA1的菌株经H2O2处理比野生型存活好,蛋白酶体活力增加,减小凋亡,而过表达YCA1的细胞死亡程度增加且显示凋亡特征,使细胞提早死亡[10]。但经400 mmol/L醋酸诱导的凋亡仅有20%~30%的caspase阳性细胞,说明这个凋亡过程与caspase有较小的相关性[11]。适当的渗透应激可使酵母细胞发生凋亡和YCA1活化,但在YCA1缺陷株中,渗透性应激后仍有微量的metacaspase激活。渗透应激过程中,YCA1激活依赖Sro77p,在缺乏SRO77的突变株中caspase活力与YCA1缺陷株的细胞相似。而Sro77p同系物Sro7p,对YCA1激活起负向作用[12],但盐敏感的Sro7p突变株中caspase活力比野生型高。且sro77/yca1 和 sro7/sro77/yca1突变株,仍然显示凋亡特征,这都显示有不依赖YCA1的凋亡路径存在。
　　YCA1缺陷株经25 mmol/L丙戊酸(VPA)处理具有90%的存活率,这个浓度使野生型细胞完全致死[13]。有毒非金属砷处理后的酵母细胞存活率YCA1缺陷株(91.3%)比野生株(50.3%)高。此外,经TUNEL染色确定DNA断裂率在突变株(1.5%)中显著高于野生株(34.3%)[14]。而暴露于高水平的锰(Mn)中,可致使锰中毒,Mn2+诱导的细胞凋亡通过caspase途径[15] 。但铜诱导的凋亡不涉及YCA。咖啡因对预凋亡突变株(Kllsm4Δ1)敏感,并被同时失活的YCA1抑制[16]。
　　4内源诱导酵母凋亡与YCA1的作用
　　酵母凋亡首先被描述在CDC48基因突变细胞中,其编码AAA-ATPase,对细胞分裂、泛素依赖的内质网相关蛋白降解和囊泡运输起作用。在cdc48S565G突变细胞中caspase活力增加,暗示在这个突变株中,YCA1被激活[17]。缺乏功能性细胞色素C的突变株△cyc1△cyc7和△cyc3与野生型相比,有caspase活力的细胞减少且增加存活率[18]。其他突变株也显示凋亡表型,其中大部分YCA1作为突变诱导细胞死亡的执行者。YCA1激活也与众多的细胞基本进程缺陷相关,如DNA复制,线粒体功能,RNA和蛋白稳定。
　　4.1DNA复制
　　当由DNA损伤药物阿多来新诱导酵母以蛋白酶体依赖方式进行凋亡时,Cdc6p(DNA复制起始必需的预复制复合物元件)很快被降解[19]。ORC2编码ORC和orc2-1突变细胞的一个亚基,在非许可温度,DNA复制起始缺陷,激活DNA损伤并凋亡[20]。Orc2-1细胞凋亡诱导活性氧(ROS)产生和YCA1激活,促成orc2-1突变体死亡。ROS和YCA1的激活可能由与DNA复制叉崩溃相关的DNA损伤所诱导[20]。
　　4.2mRNA稳定
　　在酵母中,mRNA翻译至少沿行3个蜕变路径。其中2个是mRNAs的5′/3′核酸外切消化紧跟着一个脱盖事件,第3个路径中,转录物经3′/5′核酸外切消化被降解。在脱帽依赖路径,mRNAs在特定的细胞质位置被降解,叫P-体,在生长过程和细胞应激后,其大小和数量改变。P-体元件(dcp1,dcp2,dhh1,lsm1-7)突变显示凋亡表型和加速时序衰老。至少其中一个突变(Kllsm4Δ1)中,凋亡死亡依赖YCA1活力,lsm4Δ1/yca1Δ双突变凋亡细胞减少,时序衰老过程中生存力增加[16]。
　　4.3蛋白稳定性
　　蛋白的翻译后修饰被泛素(Ub)共价附着,这是调控细胞死亡程序的一个主要生物机制。在酵母中,泛素化与凋亡相关。事实上,通过蛋白酶体使内质网相关蛋白降解和Stm1p积聚时,需要Cdc48p,它是一种蛋白酶体底物,特异性诱导细胞死亡,当细胞缺乏Stm1p经氧化氢诱导凋亡后显示高存活率。而UBP10的缺失,会导致细胞过早死亡,可通过删除YCA1有效地援救此行为[21]。
　　5外源凋亡蛋白表达与YCA1的作用
　　哺乳动物凋亡蛋白在酵母中的异源表达显示凋亡的特征,说明在酵母中有一个保守的细胞死亡程序。
　　仅仅caspase 8在酵母中的过表达致使细胞死亡,而caspase 3的过表达不能致死仅能抑制酵母生长。后生动物(人类,果蝇和线虫)caspases的异源表达使酵母的原生质和核膜断裂致使电势降低,没有损坏DNA。但异源caspases的作用不需要酵母凋亡自身调控者YCA1和AIF1。此外,YCA1或AIF1的缺失并没有导致保护预凋亡蛋白Bax诱导的毒力[22-23],所以在这里,细胞死亡可能通过自体吞噬发生。
　　植物和原生动物诸虫的metacaspases在酵母中表达时,其中一些能补偿YCA1的缺失。如拟南芥的2个metac-aspases(AtMCP1b and AtMCP2b)在yca1突变细胞中表达被证实在衰老过程和氧化应激诱导凋亡中被涉及[24]。来自寄生虫硕大利什曼原虫的单个metacaspase基因在YCA1无效突变细胞中表达能修复酵母细胞对氧化应激的敏感性,成活率水平和凋亡特征与有YCA1补助的突变细胞相似[25]。
　　酵母也是研究有丝分裂细胞的衰老相关退化的有用模型,如烟胺比林病理学。烟胺比林蛋白α结瘢(alpha-syn)是连接帕金森病(PD)因素之一。酵母细胞表达alpha-syn积累脂滴,显示空泡、溶酶体缺损并显示凋亡标志,包括磷脂酰丝氨酸外翻,细胞色素c释放和活性氧的积累。YCA1基因的删除废止alpha-syn诱导的ROS积累并促进alpha-syn-表达细胞的强力生长。这些研究表明,alpha-syn-诱导的ROS产生由caspase介导,并指出alpha-syn的表达激活caspase活力,然后刺激ROS的产生并触发凋亡[26]。
　　亨延顿舞蹈病由亨廷顿蛋白的特异性突变引起。亨廷顿一个聚谷氨酸(polyQ)重复扩大导致神经元中蛋白聚集,紧接着有凋亡标志的细胞死亡。在酵母中存在类似的情况,在核子中扩大polyQ聚集物积累并诱导线粒体断裂,caspase激活和细胞死亡。虽然YCA1的缺失没有显著营救菌落生长中polyQ的有害效应,但聚集体的细胞内定位被强烈影响,缺失型突变体比野生型有四倍体的核定位。
　　6酵母凋亡过程中YCA1的分子机制
　　哺乳动物中,死亡受体通路和线粒体通路是导致依赖caspase凋亡的主要途径。激活起始caspase,紧接着激活效应caspase,最后切断细胞死亡必要的底物。caspase蛋白家族一旦被激活后便不可逆地启动细胞死亡的执行阶段。
　　在酵母中还没有发现死亡受体相关类似物,但YCA1起着经典的起始caspase作用。只有人类caspase 8在酵母中异源表达有毒力,而其他的caspase异源表达无毒力。其高效断裂对于caspase 8有高效特异性的IETD-AMC底物,而不能断裂效应caspase3特异底物DEVD-AMC。但DEVD-VAD抑制由H2O2诱导的fis1突变株死亡,指出YCA1活力也与效应caspases相似(主要caspase3和7)。