Informatie

Hoe wordt de receptorproductie (recycling) gereguleerd?


Mijn begrip van neerwaartse regulatie van receptoren is dat wanneer geactiveerd, een receptor vervolgens wordt opgenomen in zijn cel, zoals te zien is in deze vreemde video. Het wordt dan gerecycled of afgebroken. Tolerantie treedt op wanneer er meer degradatie plaatsvindt dan normaal.

  1. Receptor geactiveerd (ligand bindt aan receptor)
  2. Receptor-ligandcomplex geïnternaliseerd in cel
  3. Sommige complexen zijn gerecycled, andere afgebroken
  4. Tolerantie = meer afbraak dan normaal, wat resulteert in een lagere receptordichtheid aan het celoppervlak (downregulatie genoemd)

Dus, wat veroorzaakt de hogere degradatie dan normaal? Is het het gebrek aan de materialen die nodig zijn om de receptor te produceren? Zo ja, kan dit worden gecompenseerd via een dieet of suppletie (d.w.z. meer dopamine-precursoren eten als u bijvoorbeeld de neerwaartse regulatie van de dopamine-receptor probeert te vermijden?)


Dus, wat veroorzaakt de hogere degradatie dan normaal? Is het het gebrek aan de materialen die nodig zijn om de receptor te produceren?

Gebrek aan materialen is bijna nooit de reden. De omzet van de receptor wordt actief gecontroleerd door verschillende mechanismen. Ubiquitylation is een van de meest voorkomende mechanismen. Ubiquityleerde receptoren worden geïnternaliseerd; deze geïnternaliseerde receptoren kunnen later worden teruggestuurd naar het membraan (gerecycleerd) of worden afgebroken, afhankelijk van de omstandigheden.

Downregulatie van de receptor kan ook plaatsvinden door hun productie te stoppen, hetzij op het niveau van transcriptie of translatie (zie voor een voorbeeld dit).


Celbiologie van T-celreceptorexpressie en -regulatie

T-celreceptoren (TCR's) zijn eiwitcomplexen gevormd door zes verschillende polypeptiden. In de meeste T-cellen zijn TCR's samengesteld uit αβ-subeenheden die immunoglobuline-achtige variabele domeinen vertonen die peptide-antigenen herkennen die zijn geassocieerd met belangrijke histocompatibiliteitscomplexmoleculen die tot expressie worden gebracht op het oppervlak van antigeenpresenterende cellen. TCRαβ-subeenheden zijn geassocieerd met het CD3-complex dat wordt gevormd door de γ-, δ-, ε- en -subeenheden, die onveranderlijk zijn en zorgen voor signaaltransductie. Hier bekijken we hoe de expressie en functie van TCR-complexen worden georkestreerd door verschillende nauwkeurig afgestemde cellulaire processen die omvatten (een) synthese van de subeenheden en hun juiste assemblage en expressie op het plasmamembraan als een enkel functioneel complex, (B) TCR-membraanlokalisatie en -dynamiek op het plasmamembraan en in endosomale compartimenten, (C) TCR-signaaltransductie die leidt tot T-celactivering, en (NS) TCR-degradatie. Deze processen balanceren elkaar om efficiënte T-celreacties op een verscheidenheid aan antigene stimuli te garanderen en auto-immuniteit te voorkomen.


Abstract

Vasculaire endotheliale groeifactoren (VEGF's) en hun receptoren (VEGFR's) zijn uniek nodig om de vorming van nieuwe bloedvaten in evenwicht te brengen met het onderhoud en de hermodellering van bestaande, tijdens de ontwikkeling en in volwassen weefsels. Recente ontwikkelingen hebben ons begrip van de strakke en multi-level regulering van VEGFR2-signalering aanzienlijk uitgebreid, wat de primaire focus van deze Review is. Er zijn belangrijke inzichten verkregen in de regulerende rol van VEGFR-interagerende eiwitten (zoals neuropilinen, proteoglycanen, integrines en eiwittyrosinefosfatasen), de dynamiek van VEGFR2-endocytose, mensenhandel en signalering en de overspraak tussen VEGF-geïnduceerde signalering en andere endotheliale signaleringscascades. Een duidelijk begrip van dit veelzijdige signaalweb is de sleutel tot succesvolle therapeutische onderdrukking of stimulatie van vasculaire groei.


Toegang tot document

  • APA
  • Standaard
  • Harvard
  • Vancouver
  • Auteur
  • BIBTEX
  • RIS

In: Celonderzoek, Vol. 19, nr. 5, 05.2009, p. 612-624.

Onderzoeksoutput : Bijdrage aan tijdschrift › Artikel › peer-review

T1 - PSD-95 reguleert D1-dopaminereceptor-hersensibilisatie, maar niet receptor-gemedieerde Gs-eiwitactivering

N2 - De huidige studie heeft tot doel de rol van postsynaptische dichtheid (PSD)-95 in de regulatie van de dopamine (DA) receptorfunctie te definiëren. We ontdekten dat PSD-95 fysiek associeert met D1- of D2 DA-receptoren in gecotransfecteerde HEK-293-cellen. Stimulatie van DA-receptoren veranderde de associatie tussen D1-receptor en PSD-95 op een tijdsafhankelijke manier. Functionele testen gaven aan dat co-expressie van PSD-95 geen invloed had op D1-receptor-gestimuleerde cAMP-productie, Gs-eiwitactivering of receptordesensibilisatie. PSD-95 versnelde echter het herstel van geïnternaliseerde membraanreceptoren door receptorrecycling te bevorderen, wat resulteerde in een verbeterde hersensibilisatie van geïnternaliseerde D1-receptoren. Onze resultaten bieden een nieuw mechanisme voor het reguleren van DA-receptorrecycling dat een belangrijke rol kan spelen bij postsynaptische DA-functionele modulatie en synaptische neuroplasticiteit.

AB - De huidige studie heeft tot doel de rol van postsynaptische dichtheid (PSD)-95 in de regulatie van de dopamine (DA) receptorfunctie te definiëren. We ontdekten dat PSD-95 fysiek associeert met D1- of D2 DA-receptoren in gecotransfecteerde HEK-293-cellen. Stimulatie van DA-receptoren veranderde de associatie tussen D1-receptor en PSD-95 op een tijdsafhankelijke manier. Functionele testen gaven aan dat co-expressie van PSD-95 geen invloed had op D1-receptor-gestimuleerde cAMP-productie, Gs-eiwitactivering of receptordesensibilisatie. PSD-95 versnelde echter het herstel van geïnternaliseerde membraanreceptoren door receptorrecycling te bevorderen, wat resulteerde in een verbeterde hersensibilisatie van geïnternaliseerde D1-receptoren. Onze resultaten bieden een nieuw mechanisme voor het reguleren van DA-receptorrecycling dat een belangrijke rol kan spelen bij postsynaptische DA-functionele modulatie en synaptische neuroplasticiteit.


Menu Journaallijst

Afdeling Tumorimmunologie, Dana-Farber Cancer Institute, Boston, Massachusetts, VS

Division of Tumor Immunology, Dana-Farber Cancer Institute, Boston, MA 02115, VS. Zoek naar meer artikelen van deze auteur

Afdeling Tumorimmunologie, Dana-Farber Cancer Institute, Boston, Massachusetts, VS

Afdeling Tumorimmunologie, Dana-Farber Cancer Institute, Boston, Massachusetts, VS

Afdeling Tumorimmunologie, Dana-Farber Cancer Institute, Boston, Massachusetts, VS

Afdeling Tumorimmunologie, Dana-Farber Cancer Institute, Boston, Massachusetts, VS

Afdeling Hematologie en Afdeling Geneeskunde, Evans Memorial Afdeling Klinisch Onderzoek, Universitair Ziekenhuis, Boston University School of Medicine, Boston, Massachusetts, VS

Afdeling Tumorimmunologie, Dana-Farber Cancer Institute, Boston, Massachusetts, VS

Division of Tumor Immunology, Dana-Farber Cancer Institute, Boston, MA 02115, VS. Zoek naar meer artikelen van deze auteur

Afdeling Tumorimmunologie, Dana-Farber Cancer Institute, Boston, Massachusetts, VS

Afdeling Tumorimmunologie, Dana-Farber Cancer Institute, Boston, Massachusetts, VS

Afdeling Tumorimmunologie, Dana-Farber Cancer Institute, Boston, Massachusetts, VS

Afdeling Tumorimmunologie, Dana-Farber Cancer Institute, Boston, Massachusetts, VS

Afdeling Hematologie en Afdeling Geneeskunde, Evans Memorial Afdeling Klinisch Onderzoek, Universitair Ziekenhuis, Boston University School of Medicine, Boston, Massachusetts, VS

Abstract

Granulocyt-macrofaag koloniestimulerende factor (GM-CSF) is een kleine glycoproteïnegroeifactor die de productie en functie van neutrofielen, eosinofielen en monocyten stimuleert. GM-CSF kan worden geproduceerd door een grote verscheidenheid aan weefseltypen, waaronder fibroblasten, endotheelcellen, T-cellen, macrofagen, mesotheelcellen, epitheelcellen en vele soorten tumorcellen. In de meeste van deze weefsels zijn ontstekingsmediatoren, zoals interleukine 1, interleukine 6, tumornecrosefactor of endotoxine, krachtige inductoren van GM-CSF-genexpressie, die ten minste gedeeltelijk plaatsvindt door post-transcriptionele stabilisatie van het GM-CSF-mRNA. De biologische effecten van GM-CSF worden gemedieerd door binding aan celoppervlakreceptoren, die op grote schaal tot expressie lijken te worden gebracht door hematopoëtische cellen en ook door sommige niet-hematopoëtische cellen, zoals endotheelcellen. Receptorexpressie wordt gekenmerkt door een laag aantal (20-200/cel) en hoge affiniteit (Kd = 20-100 pM). Er zijn ten minste twee verschillende functionele klassen van GM-CSF-receptor geïdentificeerd. De neutrofiele GM-CSF-receptor bindt uitsluitend GM-CSF, terwijl interleukine 3 concurreert om binding van GM-CSF aan een tweede klasse van receptoren die worden gedetecteerd op sommige leukemische cellijnen, zoals KG1 en MO-7E. Signaaltransductie omvat activering van een tyrosinekinase en mogelijk G-eiwit-gekoppelde stimulatie van Na+/H+-uitwisseling. De exacte relatie van de twee receptoren behoeft verdere verduidelijking.


Auteurs informatie

Voorkeuren

Duitsland en de afdeling Celbiologie, Ive de Smet en Gerd Jürgens zijn verbonden aan het Centrum voor Plantenmoleculaire Biologie (ZMBP), Ontwikkelingsgenetica, Universiteit van Tübingen, Auf der Morgenstelle 3, D-72076 Tübingen, Max Planck Instituut voor Ontwikkelingsbiologie, Spemannstrasse 35, D-72076 Tübingen, Duitsland.

Ute Voß was verbonden aan het Centre for Plant Molecular Biology, Developmental Genetics, Tübingen University en is nu verbonden aan het Centre for Plant Integrative Biology, University of Nottingham, Nottingham LE12 5RD, VK.

Tom Beeckman is verbonden aan de vakgroep Plantensysteembiologie, België en de vakgroep Moleculaire Genetica, VIB, Technologiepark 927, B-9052 Gent, Universiteit Gent, Technologiepark 927, B-9052 Gent, België.


Reticulofagie en ribofagie: gereguleerde afbraak van eiwitproductiefabrieken

Tijdens autofagie worden cytosol, eiwitaggregaten en organellen gesekwestreerd in dubbelmembraanblaasjes, autofagosomen genaamd, en afgeleverd aan het lysosoom/vacuole voor afbraak en recycling van hun basiscomponenten. In alle eukaryoten is deze route belangrijk voor aanpassing aan stressomstandigheden zoals een tekort aan voedingsstoffen, en voor het reguleren van intracellulaire homeostase door het aantal organellen aan te passen en beschadigde structuren op te ruimen. Lange tijd werd door honger veroorzaakte autofagie gezien als een niet-selectieve transportroute, maar recente onderzoeken hebben aangetoond dat autofagie in staat is om selectief specifieke structuren op te slokken, variërend van eiwitten tot hele organellen. In dit artikel bespreken we recente bevindingen over de mechanismen en fysiologische implicaties van twee selectieve soorten autofagie: ribofagie, de specifieke afbraak van ribosomen en reticulofagie, de selectieve eliminatie van delen van de ER.

1. Inleiding

Autofagie is een afbraakproces waarmee cellen hun homeostase kunnen handhaven in tal van fysiologische situaties. Het is bijvoorbeeld nodig om het hoofd te bieden aan langdurige hongerperioden en voedingsschommelingen in de omgeving, hermodellering van ontwikkelingsweefsel, kwaliteitscontrole van organellen en immuunresponsen [1, 2]. Bovendien is deze route betrokken bij de fysiopathologie van meerdere ziekten [3, 4]. Autofagosomen zijn het kenmerk van autofagie. Deze dubbelmembraanblaasjes worden gegenereerd in het cytosol en tijdens hun vorming verzwelgen ze de lading die moet worden afgeleverd in de zoogdierlysosomen of gist- en plantenvacuolen voor afbraak [5]. Er zijn twee soorten autofagie beschreven: selectieve en niet-selectieve autofagie. Tijdens niet-selectieve autofagie wordt bulkcytosol, inclusief organellen, willekeurig gesekwestreerd in autofagosomen. Aan de andere kant wordt tijdens selectieve autofagie een specifieke lading uitsluitend omhuld door blaasjes met dubbel membraan, die weinig cytoplasma bevatten waarvan de grootte overeenkomt met die van hun lading [6].

Autofagie-progressie is afhankelijk van de functie van de autofagie-gerelateerde (Atg) eiwitten die autofagosoombiogenese, selectieve ladingherkenning, fusie met het lysosoom/vacuole of blaasjesafbraak bemiddelen [5, 7, 8]. Bij voedingsspanningen worden fracties van het cytoplasma geconsumeerd via autofagie en de resulterende katabole producten worden gebruikt als energiebronnen of als bouwstenen voor de synthese van nieuwe macromoleculen. In deze situaties wordt autofagie vooral beschouwd als een niet-selectief proces. Desalniettemin wordt een toenemend aantal selectieve soorten autofagie beschreven [6, 9] en deze bevindingen dagen het concept uit of autofagosomen hun lading inderdaad willekeurig sekwestreren.

2. Kort overzicht van selectieve soorten autofagie

Een van de best bestudeerde voorbeelden van selectieve autofagie is de biosynthetische route van cytoplasma naar vacuole targeting (Cvt) in de gist Saccharomyces cerevisiae. Tijdens de Cvt-route wordt een eiwitoligomeer samengesteld uit de vacuolaire hydrolasen aminopeptidase 1 (Ape1), α-mannosidase 1 (Ams1) en aspartyl-aminopeptidase (Ape4), wordt door kleine dubbelmembraanblaasjes aan het vacuolaire lumen afgeleverd [10–13]. Interessant is dat dit oligomeer ook een specifieke lading autofagosomen is onder verhongeringsomstandigheden [14]. In hogere eukaryoten ondersteunt autofagie ook de selectieve vernietiging van intracellulaire pathogenen, xenofagie genaamd, en eiwitaggregaten, genaamd aggrefagie. Bovendien kunnen metabolisch overbodige of disfunctionele organellen specifiek worden afgebroken door autofagie in zowel gist als zoogdieren. Voorbeelden van dit laatste zijn de exclusieve eliminatie van overtollige of beschadigde mitochondriën, mitofagie genoemd, en de selectieve consumptie van overmatige peroxisomen, pexofagie genoemd [15, 16].

De onderliggende mechanismen van elk van deze routes moeten nog in detail worden gekarakteriseerd, maar er komen enkele gemeenschappelijke principes naar voren. Ten eerste is een receptorachtige herkenning van de lading die deze naar het autofagosoom leidt of als alternatief de Atg-machinerie rekruteert vereist voor alle selectieve soorten autofagie. Ten tweede is de betrokkenheid van ubiquitine als signaalmolecuul beschreven voor verschillende selectieve soorten autofagie bij hogere eukaryoten [17]. Verschillende van de autofagosomale ladingen kunnen op een selectieve manier worden afgebroken onder specifieke omstandigheden of op een willekeurige manier tijdens bulkautofagie. Er moet nog in meer detail worden onderzocht hoe bepaalde autofagieroutes specifieke lading in tijd en ruimte kunnen kiezen. Aangezien het onderwerp van selectieve autofagie-routes wordt behandeld in andere rapporten in deze speciale uitgave van de Internationaal tijdschrift voor celwetenschap, zullen we in deze review de moleculaire principes en mechanismen bespreken die ten grondslag liggen aan twee selectieve soorten autofagie die minder goed worden begrepen: ribofagie en reticulofagie.

3. Ribofagie: mechanismen en fysiologische implicaties

Sinds de ontdekking van autofagie zijn ribosomen gedetecteerd in het binnenste van autofagosomen door elektronenmicroscopie [18, 19]. Lange tijd werden deze grote multi-eiwitcomplexen gezien als een marker voor bulkdegradatie van cytoplasma. Onlangs is echter aangetoond dat ribosomen worden omgezet door een selectief type autofagie [20]. Nauwkeurig onderzoek van het lot van ribosoom onder omstandigheden van verhongering van voedingsstoffen in gist S. cerevisiae heeft onthuld dat deze structuren sneller worden afgebroken in vergelijking met andere cytoplasmatische componenten, wat het idee van een selectief afbraakproces ondersteunt [20]. De betrokkenheid van autofagie bij dit evenement werd aangetoond door te ontdekken dat het transport van ribosomen naar de vacuole afhankelijk is van autofagie-kerncomponenten zoals Atg1 en Atg7. Een genetische screening in gist die is ontworpen om mutante stammen met een defect in ribosoomomzetting te isoleren, onthulde dat de ubiquitineprotease Ubp3 en zijn cofactor Bre5 vereist zijn voor dit selectieve type autofagie, maar niet voor bulkautofagie [20]. Belangrijk is dat een katalytisch inactieve mutant van Ubp3 ook een defect vertoonde in de autofagie-gemedieerde afbraak van ribosomen, wat aangeeft dat ubiquitinatie een sleutelrol speelt in dit proces. Deze selectieve autofagische omzet van ribosomen wordt nu ribofagie genoemd [20] (Figuur 1 (a)).


Mechanismen van ribofagie en reticulofagie in gist. (a) Een model voor ribofagie. Onder ribofagie-inducerende omstandigheden worden ribosomen selectief opgenomen in autofagosomen en vervolgens afgebroken in de vacuole. De gegenereerde basismetabolieten (aminozuren, suikers, vetzuren etc.) worden vervolgens teruggevoerd naar het cytoplasma voor hergebruik of als energiebron. ((b) en (c)) Modellen voor reticulofagie. Onder stressomstandigheden, als gevolg van een accumulatie van ongevouwen eiwitten en/of eiwitaggregaten, treedt een gedeeltelijke splitsing van het ER op en worden de gevormde fragmenten specifiek getransporteerd naar de plaatsen waar autofagosoombiogenese plaatsvindt (b). ER-stress triggert de rekrutering van de Atg-eiwitten op of dichtbij dit organel. Daar, mogelijk door gebruik te maken van de ER-membranen, bemiddelen de Atg-eiwitten de vorming van autofagosomen, die zich uitbreiden rond de ER-secties die moeten worden verwijderd (c). De gestippelde pijlen geven aan dat autofagosomen onder specifieke ER-stressomstandigheden niet fuseren met de vacuole. Vraagtekens markeren eiwitten die betrokken zijn bij het transport en de selectie van de lading waarvan het werkingsmechanisme nog moet worden opgehelderd.

4. Ribofagie en ubiquitinatie

Het moet nog worden onderzocht of ubiquitinatie belangrijk is voor de regulering van signaalroutes die ribofagie veroorzaken of voor het dicteren van de specificiteit in de ladingselectie. Deze laatste mogelijkheid wordt opgeroepen door het feit dat op ubiquitine gebaseerde modificaties een veelvoorkomend thema zijn bij de selectieve eliminatie van specifieke structuren in hogere eukaryoten [17]. Aangezien Ubp3 een interactie aangaat met en invloed heeft op de ubiquitineringsstatus van Atg19 [21], een receptoreiwit van de Cvt-route [22], is het aannemelijk dat Ubp3 op een vergelijkbare manier kan bijdragen aan andere selectieve soorten autofagie. Verder bewijs voor de betrokkenheid van ubiquitinatie bij ribofagie komt van de bevinding dat een verlaging van de cytoplasmatische niveaus van het ubiquitine-ligase Rsp5 samen met de deletie van UBP3 resulteert in een defect in de omzet van ribosomen hoger dan in de ubp3Δ-cellen [23]. Belangrijk is dat cytoplasmatische eiwitten normaal gesproken worden afgebroken door autofagie in deze stam. Deze bevindingen impliceren dat zowel ubiquitinatie als deubiquitinatie cruciaal zijn voor de regulatie van ribofagie. Een wederzijds controlemechanisme is ook belangrijk gebleken voor de specifieke verwijdering van midbody-ringen door autofagie tijdens cytokinese [24]. Om de regulatie en het mechanisme van ribofagie te begrijpen, zal het belangrijk zijn om de doelen van Ubp3/Bre5 en Rsp5 tijdens dit proces te identificeren.

5. Vermeende fysiologische rollen van ribofagie

Wat zou de fysiologische rol van ribofagie kunnen zijn? het verwijderen van UBP3 resulteert in de remming van door honger veroorzaakte ribofagie en leidt tot celdood, zonder de algemene bulkautofagie [20]. Deze bevindingen ondersteunen het idee dat niet alleen bulkautofagie, maar ook ribosomale omzet belangrijk is voor celoverleving tijdens voedingsbeperkende omstandigheden. Dit komt niet als een verrassing, aangezien ribosomen de helft van de eiwitmassa van de cel uitmaken [25] en bijgevolg een belangrijke bron van aminozuren vormen in tijden van gebrek aan voedingsstoffen. Bovendien, of als alternatief, kan het belang van ribosomale afbraak tijdens uithongering zijn bijdrage aan de snelle en gelijktijdige downregulatie van eiwittranslatie, een proces dat grote hoeveelheden energie en aminozuren verbruikt.

Interessant is dat ook in planten een ribofagie-achtig proces is voorgesteld. Het endoribonuclease Rns2, een geconserveerd lid van de RNAse T2-eiwitfamilie, is vereist voor ribosomaal RNA-verval in planten [26]. Mutante cellen die Rns2-activiteit missen, slagen er niet in ribosomaal RNA af te breken. Of dit leidt tot het mislukken van demontage en/of afbraak van gehele ribosomen is nog niet vastgesteld. Niettemin suggereert het defect in de omzet van ribosomaal RNA dat Rns2 een onderdeel is van een ribofagie-achtig proces in planten. De plant rns2 mutanten vertonen dit fenotype ook in voedingsrijke omstandigheden. Dit suggereert dat ribofagie ook een huishoudelijke functie zou kunnen hebben door enkele van de ribosomale componenten zoals aminozuren en nucleotiden te recyclen. Tot op heden is alleen de afbraak van ribosomaal RNA bestudeerd. Bijgevolg zal het lot van ribosomale eiwitten en het bestaan ​​van ribofagie in planten meer gedetailleerd onderzoek vereisen.

6. Ribofagie bij hogere eukaryoten

Ribosomen zijn ook waargenomen in het binnenste van autofagosomen in zoogdiercellen [18]. In het bijzonder is de relatieve overvloed aan eiwitten in MCF7-cellen tijdens aminozuuruithongering gemeten met behulp van kwantitatieve massaspectrometrie [27]. Deze benadering heeft onthuld dat in zoogdiercellen ribosoomafbraak door autofagie plaatsvindt met een andere kinetiek dan die van andere cytoplasmatische eiwitten en organellen [27]. Het moet echter nog worden onderzocht of een selectief type autofagie verantwoordelijk is voor de verschillende omzetsnelheden van ribosomen en cytoplasmatische eiwitten. Aanvullend bewijs voor het mogelijke bestaan ​​van ribofagie in hogere eukaryoten komt van een muizenonderzoek naar neurodegeneratie in Purkinje-cellen, waar onder andere de demontage van het actief vertalen van polysomen naar niet-translationele monosomen werd waargenomen [28]. Interessant is dat een fractie van de vrije monosomen specifiek werd gesekwestreerd in autofagosomen, wat suggereert dat een autofagie-gerelateerde route betrokken is bij de selectieve afbraak van ribosomen in deze cellen [28]. Deze neuronale cellen lijken dus een optimaal model te zijn om ribofagie te bestuderen en mogelijk aanvullend inzicht te krijgen in de betrokkenheid van zowel ubiquitinatie als de Ubp3-homoloog Usp10 van zoogdieren bij de omzetting van ribosomen in hogere eukaryoten.

Er is ook aangetoond dat autofagie van ribosomale eiwitten een antimicrobiële functie heeft. Verschillende bacteriën worden direct in het cytosol gevangen door de autofagie-adapter p62 of NDP52 en vervolgens gesekwestreerd in autofagosomen om te worden afgeleverd en afgebroken in lysosomen [29]. In het geval van Mycobacterium tuberculosis, kan autofagie echter ook worden gebruikt om het uit de cel te verwijderen via een ander mechanisme. Mycobacteriën worden gefagocyteerd door macrofagen, waarna ze de fagosoomrijping vertragen, waardoor hun vernietiging in het lysosoom wordt voorkomen. In de fagosomen blijven ze bestaan ​​en repliceren ze, wat vaak leidt tot dodelijke infecties. Onlangs is aangetoond dat na autofagie-inductie het cytosolische ribosomale eiwit rpS30-precursor FAU en ubiquitine op een p62-afhankelijke manier in autofagosomen worden gesekwestreerd [30]. In het volgroeide autofagosoom worden deze eiwitten verwerkt tot peptiden met antimicrobiële eigenschappen die het doden van Mycobacterium [30]. Vanwege de betrokkenheid van p62 lijkt deze antimicrobiële omzet van ribosomale eiwitprecursoren alle kenmerken te hebben van een selectief type autofagie.

Een alternatieve rol voor ribofagie in celhomeostase komt voort uit de mogelijkheid dat deze route zich ook zou kunnen richten op defecte ribosomen onder normale groeiomstandigheden. In dit scenario zou ribofagie, door specifiek niet-functionele, onjuist geassembleerde en/of beschadigde ribosomen te elimineren, een kwaliteitscontrolefunctie hebben. Het vermijden van de vertaling van onjuiste en mogelijk schadelijke eiwitten kan cruciaal zijn voor celhomeostase. Langs deze lijn is het belangrijk op te merken dat verschillende ziekten in verband zijn gebracht met specifieke mutaties in ribosomale subeenheden [31]. De identificatie van een dergelijke kwaliteitscontrolefunctie, evenals het mechanisme dat eraan ten grondslag ligt, zullen belangrijke richtingen zijn voor toekomstige analyses.

7. Eiwitvouwing en ER-stress

Terwijl ribosomen die zich in het cytosol bevinden, voornamelijk cytoplasmatische eiwitten vertalen, wordt de synthese van eiwitten die worden uitgescheiden of zich bevinden in een van de organellen van het endomembraansysteem gemedieerd door ribosomen die zijn geassocieerd met het ER. Omdat deze nieuw gesynthetiseerde eiwitten cotranslationeel naar het ER worden getransloceerd, blijft een opvallende hoeveelheid van deze moleculen gelokaliseerd in dit compartiment. Om de accumulatie van verkeerd gevouwen polypeptiden te voorkomen, rekent het ER op een gespecialiseerde groep eiwitten, de zogenaamde chaperonnes, die helpen bij het vouwen van de ontluikende polypeptiden of verkeerd gevouwen eiwitten herkennen en hun hervouwing bemiddelen [32]. Onder bepaalde omstandigheden kan deze kwaliteitscontrolefunctie van het ER worden overwonnen door het natuurlijke optreden van mutaties of eigenaardige omgevingscondities die de algemene eiwitvouwing beïnvloeden. Dit scenario kan ook worden nagebootst door expressie van specifieke mutante eiwitten of behandeling met bepaalde chemische middelen [33-37]. Deze situaties kunnen resulteren in de accumulatie van ongevouwen eiwitten en aggregaten in het ER. Twee onderling verbonden beveiligingsmechanismen, de ongevouwen eiwitrespons (UPR) en de ER-geassocieerde afbraak (ERAD), zijn aanwezig om het hoofd te bieden aan verkeerd gevouwen eiwitopbouw [38-40]. De UPR is een intracellulaire signaalcascade die wordt geactiveerd door ER-stress. Dit signaal wordt omgezet in cytoplasmatische en nucleaire acties die gericht zijn op het vergroten van de inherente vouwcapaciteit van het ER en het elimineren van de verkeerd gevouwen eiwitten die zich in dit organel hebben opgehoopt. Onder de reacties die door de UPR worden geïnitieerd, zijn remming van algemene translatie en opregulatie van genen die coderen voor ER-chaperones en componenten van de ERAD-machinerie. Het ERAD herkent op zijn beurt verkeerd gevouwen eiwitten en verplaatst deze eiwitten terug naar het cytoplasma waar ze worden afgebroken door het ubiquitine-proteasoomsysteem. Deze eliminatie wordt gemedieerd door het retrotranslocon-complex, een multi-eiwitsysteem in het ER-membraan dat het transport van ongevouwen eiwitten door het ER vergemakkelijkt, de polyubiquitinatie van de geëxporteerde eiwitten katalyseert en hun afgifte aan het proteasoom bemiddelt. Autofagie kan een derde cellulair mechanisme dienen als aanvulling op de UPR- en ERAD-systemen bij het omgaan met de schadelijke accumulatie van ongevouwen of afwijkende eiwitten in het ER.

8. Autofagie bij ER-stress

Moleculaire gebeurtenissen die optreden bij autofagie-inductie zijn de associatie van Atg8 / LC3 met autofagosomale membranen door de conjugatie ervan aan het lipide fosfatidylethanolamine (PE) [41, 42] en de vorming van autofagosomen. Gist- en zoogdiercellen die aan verschillende ER-spanningen worden onderworpen, vertonen niveaus van gelipideerd Atg8/LC3 die vergelijkbaar zijn met die van uitgehongerde cellen [33, 37, 43, 44]. Bovendien hebben lichtmicroscopiestudies aangetoond dat ER-stress de vorming van autofagosomen induceert in alle geanalyseerde eukaryoten [33, 44, 45]. Zowel deze lipideringsgebeurtenis als de vorming van autofagosomen tijdens ER-stress kunnen worden geblokkeerd door chemische remmers van autofagie of Atg-eiwituitputting [33, 37, 43, 44]. Dit, in combinatie met ultrastructurele analyses van zowel gist- als zoogdiercellen na ER-stress, die de inductie van autofagosomen en autofagolysosomen aantoonden, bevestigt de inductie van een autofagie-respons op ER-stress [36, 43, 45, 46]. Een gedetailleerd onderzoek van de luminale inhoud van deze dragers heeft onthuld dat autofagosomen delen van het ER omsluiten [45, 46]. De hoeveelheid ER die in hun binnenste wordt gesekwestreerd, hangt echter af van de aard en sterkte van de stimuli die de reticulofagie-respons veroorzaken. Wanneer gist bijvoorbeeld wordt behandeld met het reductiemiddel dithiothreitol (DTT), dat de vorming van disulfidebindingen remt en dus correcte eiwitvouwing verhindert, zijn autofagosomen meestal gevuld met strak gestapelde ER-membraancisternae [45]. Wanneer ER-stress daarentegen wordt geïnitieerd door glucosedeprivatie, wat leidt tot een defect in de N-glycosylering die belangrijk is voor de juiste vouwing van glycoproteïnen, draagt ​​​​elk autofagosoom een ​​enkel ER-fragment [46]. Het bestaan ​​van ER-bevattende autofagosomen wordt ondersteund door de nevenschikking van Atg8 en het ER-markereiwit Sec61 in fluorescentiemicroscopie-analyses in gist [45]. Aanvullend, in vitro en in vivo studies bij zoogdieren op de Z-mutante vorm van

-antitrypsine (-ATZ), dat aggregeert en accumuleert in het ER [47], hebben aangetoond dat de cytoplasmatische -ATZ-aggregaten co-lokaliseren met GFP-LC3 en ER residente KDEL-bevattende eiwitten [48]. Ultrastructurele analyses hebben bevestigd dat deze structuren inderdaad ER-bevattende autofagosomen zijn [36].

Verschillende bewijzen suggereren dat de sekwestratie van ER-gedeelten door autofagosomen een selectief proces kan zijn. In gist resulteert inductie van reticulofagie door DTT in autofagosomen die dicht opeengepakte ER-fragmenten bevatten die geen cytoplasma bevatten [45]. Belangrijk is dat immuno-elektronenmicroscopie-analyse in deze cellen met behulp van anti-GFP-antilichamen gericht tegen GFP-HDEL, een ER-markereiwit, heeft aangetoond dat de dichtheid van de gouddeeltjes hoger is in autofagosomen dan in het totale celgebied [46]. Dit resultaat is in overeenstemming met het concept van een selectief type autofagie, aangezien in een niet-selectief scenario het label gelijkelijk zou zijn verdeeld buiten en binnen de sekwestrerende blaasjes [49]. Het kan echter niet worden uitgesloten dat de verhoogde dichtheid van de gouddeeltjes het gevolg is van een langere halfwaardetijd van ER-componenten in het binnenste van autofagosomen. Verdere ondersteuning voor een selectieve aard van deze route komt voort uit het idee dat het actine-cytoskelet en de selectiviteitsadapter-eiwitten Atg11 en Atg19 vereist zijn voor de progressie van reticulofagie in gist (zie hieronder).

9. Modellen voor het selectief sorteren van ER in autofagosomen

Hoe wordt ER gericht op degradatie, specifiek gesekwestreerd in autofagosomen? Een mogelijkheid is dat fragmenten van ER die ongevouwen eiwitten of aggregaten bevatten, afknijpen van het hoofd-ER-lichaam en direct worden getransporteerd naar de plaats waar autofagosomen ontstaan ​​(Figuur 1 (b)). Tijdens de Cvt-route van gist, bijvoorbeeld, vereist de selectieve sortering van het ladingoligomeer de receptor Atg19, het adaptereiwit Atg11 en het actine-cytoskelet. Interessant is dat deze drie componenten in verband zijn gebracht met ER-degradatie onder zowel stressomstandigheden als een tekort aan voedingsstoffen in gist [45, 46, 50]. Een tweede mogelijkheid is dat de selectie en omhulling door autofagosomen zeer dicht bij de ER plaatsvindt (Figuur 1 (c)). In tegenstelling tot het vorige model vereist deze situatie geen specifieke machinerie om de lading te sturen, maar eerder een systeem om de Atg-eiwitten naar de locatie te rekruteren waar de lading zich bevindt. In beide scenario's blijft het een mysterie hoe de ER-fragmenten worden gegenereerd, welke factoren deze splitsing reguleren en hoe de ER selectief wordt afgezonderd. Interessant is dat een recente studie in S. cerevisiae heeft aangetoond dat componenten van de Atg8- en Cvt-route op het ER worden gerekruteerd en de extractie en proteasomale afbraak van het verkeerd gevouwen Hmg2-transmembraaneiwit negatief reguleren [51]. Cellen zouden mogelijk een soortgelijk mechanisme kunnen gebruiken om de Atg-eiwitten naar het ER te rekruteren tijdens reticulofagie. Bij de ER zou de Atg-machinerie de expansie kunnen katalyseren van nieuwe membranen die bestemd zijn om een ​​ER-fragment te sequestreren of als alternatief een reeds bestaande ER-cisterna te herschikken om het beperkende membraan van het sekwestrerende autofagosoom te vormen. De laatste mogelijkheid wordt ondersteund door studies in gist die de aanwezigheid aantonen van autofagosomen met ribosomen bevestigd aan het membraanoppervlak [45]. Bovendien hebben elektrontomografie-analyses in zoogdiercellen aangetoond dat autofagosomen fysiek kunnen worden verbonden met het ER, wat suggereert dat deze dragers rechtstreeks uit het ER kunnen komen [52, 53].

10. Regulering van reticulofagie door ER-kwaliteitscontrolesignalering

The yeast UPR consists of a main signaling pathway initiated by the ER transmembrane kinase inositol requiring enzyme 1 (Ire1). The luminal domain of Ire1 senses the accumulation of unfolded proteins, while the cytoplasmic extension transduces the signal into the nucleus initiating a cellular response at the transcriptional level [54]. Activated Ire1 initiates the nonconventional splicing of HAC1 mRNA, leading to the production of the transcription factor Hac1, which in turn upregulates the expression of UPR target genes (Figure 2) [54]. Together with the Ire1 counterparts, mammals have two additional ER-stress sensors to induce the UPR: the RNA-dependent protein kinase-like ER kinase (PERK) and the activating transcription factor 6 (ATF6) (Figure 2) [54].


Signalling cascades inducing reticulophagy upon ER stress. The transmembrane protein Ire1 (yeast and mammals), ATF6, and PERK (mammals) sense the accumulation of unfolded proteins and/or aggregates, and trigger a general transcriptional response that affect the levels of proteins involved in autophagy. These include Atg8 (signal mediated through Ire1/Hac1 and unidentified alternative pathways in yeast) and Atg12 (mediated by the PERK/eIF2α signalling cascade in mammals). The Atg12-Atg5 (Atg16) complex facilitates the lipidation of Atg8 and autophagy induction. Unknown signalling events in yeast, dependent or independent of the inhibition of the Tor kinase, promote Atg1 activation. Green arrows indicate an increase in protein levels. Question marks indicate signalling cascades that may exist but have not yet been characterized.

Increasing Atg8 protein levels upon ER stress has been shown to depend on functional Hac1 in yeast (Figure 2) [45]. Additional signaling cascades, however, might be involved in triggering reticulophagy, as the expression of constitutively active spliced Hac1 is not sufficient to stimulate the formation of autophagosomes [45]. Accordingly, cells lacking Hac1 or Ire1 remain capable of inducing the transcription of ATG8. This suggests that redundancies or crosstalk among the signaling events regulating autophagy in response to ER stress exist [45].

The lipidation of Atg8/LC3-I also depends on the formation of a large protein complex composed of Atg16 and the conjugate Atg12-Atg5, which is thought to act as an E3-like enzyme conjugating Atg8/LC3-I to PE on autophagosomal membranes [55, 56]. Upregulation of ATG12, and the concomitant conversion of Atg8/LC3-I into Atg8-PE/LC3-II, relies on the phosphorylated eIF2α, which itself depends on PERK activation after ER stress in mammalian cells (Figure 2) [37, 44].

Atg1/ULK kinase activity is required to coordinate the action of the Atg proteins during the early events of autophagosome biogenesis [7]. Numerous signaling cascades regulating autophagy such as the mTOR, the AMPK, and the PKA pathways modulate the Atg1/ULK function [7]. Interestingly, Atg1 kinase activity is also enhanced upon ER stress in yeast (Figure 2) [33]. It remains to be established how ER stress acts on this kinase, whether through the above-mentioned cascades or via alternative signaling pathways. For example, depletion of sphingosine-1-phosphate (S1P) phosphatases in mammalian cells leads to an increase of endogenous S1P levels, which cause an ER stress that triggers autophagy [57]. This induction is mTor-independent and PERK-, Ire1-, and ATF6-dependent. Moreover, ER stress causes a release of Ca 2+ from the ER into the cytosol initiating various signaling cascades, some of which are likely to be involved in autophagy induction [58, 59]. While future research is required to understand the signaling networks regulating autophagy in response to ER stress, it is conceivable that reticulophagy could be induced differently depending on the type and intensity of the ER stress.

11. Putative Physiological Roles ofReticulophagy

Cells subjected to ER stress contain massively expanded ER with increased total length, distance between the lipid bilayers limiting the cisternae and membrane continuity [45]. These morphological changes are not likely caused by the accumulation of unfolded proteins but rather serve as an adaptive response in order to efficiently buffer the ER stress. This might serve to reduce the concentration of unfolded proteins by increasing the space dedicated to protein folding. This idea is supported by the observation that either yeast expressing the constitutively active Hac1, or mammalian cells with the ectopic expression of its metazoan orthologue Xbp1, two proteins capable of inducing a UPR in the absence of unfolded proteins, exhibit an expanded ER [45, 60]. In addition, mammalian cells in which autophagy has been inhibited or genetically ablated display an extended ER upon stress [43]. Conversely, yeast cells accumulating ER-containing autophagosomes do not contain expanded ER [45]. Together, these observations suggest that autophagy could be important to maintain ER homeostasis during UPR by segregating and/or degrading part of the ER. Thus reticulophagy, through the selective turnover of aggregate-containing and/or damaged ER fragments, could operate in parallel to the ERAD system. This may provide an additional mechanism to dispose unfolded proteins and a way to eliminate damaged membranes. This putative role has been evidenced in yeast expressing pathological mutant versions of human proteins such as the fibrinogen Aguadilla mutation and -ATZ, which accumulate as unfolded aggregates in the ER [34–36]. Knockout strains lacking ATG genes expressing these pathological proteins more rapidly amass large amounts of protein aggregates compared to wild-type cells. This suggests that autophagy is important during conditions where the ERAD system is overwhelmed [34, 35]. A similar phenotype was observed in mouse cells lacking Atg5 and expressing expanded polyglutamine repeats [44, 61]. These proteins form cytoplasmic aggregates that trigger ER stress, possibly by impairing ERAD and thus causing an accumulation of unfolded proteins in the ER. Therefore, basal autophagy could serve a similar protective role by preventing the accumulation of misfolded proteins in nonstressed cells. This idea is supported by the observation that an autophagy block caused by the deletion of ATG6 also induces a UPR in non-stressed cells [35]. The direct implication of autophagy as an ER housekeeping pathway, however, needs to be analyzed in more detail as Atg6 is also required for endosomal trafficking [62, 63].

Paradoxically, autophagy displays a double role in cell viability. It is able to increase the lifespan by protecting against cellular damage however, in specific pathological situations or when cells have undergone irreversible stress or injuries, autophagy can also contribute to cell death [64]. How reticulophagy contributes to cell fate is not clear and current available data are in part contradictory. Ogata and coworkers concluded that autophagy has a protective role against ER stress-induced cell death as autophagy-deficient cells show higher vulnerability to ER stress and conversely, pretreatment with rapamycin makes cells more resistant to this damage [65]. In contrast, Ding and collaborators proposed a dual role for autophagy according to the status of the cells autophagy promotes cell survival in cancer cells displaying ER stress, and induces cell death in nononcogenic cells [43]. In yeast, an intact autophagy machinery is essential for cell growth under strong UPR-inducing conditions [45]. Interestingly, it has been proposed that the engulfment of the ER by autophagosomes, without the degradation of the sequestered cargo, is sufficient for autophagy to mitigate ER stress [45]. This hypothesis has been underscored by the finding that in the presence of high concentrations of tunicamycin, an inhibitor of protein glycosylation, Atg proteins are necessary for cell survival while vacuolar proteases are dispensable [45]. Under the same circumstances, ER-containing autophagosomes do not fuse with vacuoles when ER stress is maintained for longer periods [45]. In contrast, when ER stress is initiated by glucose depletion, ER fragments are transported to the lumen of the vacuole indicating that a complete autophagy process occurs [46]. Additional studies are necessary to understand the exact contribution of autophagy as an ER stress response mechanism. A possible scenario is that reticulophagy could have been adapted to differentially modulate its response according to the nature of the stress, and the status of the cell and/or the tissue.

12. Conclusies

Despite their potential relevance in physiological and pathological contexts, the regulation and mechanisms of ribophagy and reticulophagy remain largely unknown. It remains to be determined which of the known or if novel Atg proteins mediate the recognition and selective sequestration of ribosomes and ER fragments into autophagosomes. Moreover, how the cell regulates the segregation of the unwanted parts of the ER and how this breaks away from the organelle need to be further analyzed. A vast field is waiting to be explored.

Dankbetuigingen

The authors thank Jason Mercer for critical reading of the paper René Scriwanek for assistance with the preparation of the figures. F. Reggiori is supported by the Netherlands Organization for Health Research and Development (ZonMW-VIDI-917.76.329), by the Netherlands Organization for Scientific Research (Chemical Sciences, ECHO Grant 700.59.003, and Earth and Life Sciences, Open Program Grant 821.02.017). C. Kraft is supported by a WWTF (Wiener-, Wissenschafts-, Forschungs- und Technologiefonds) “Vienna Research Groups for Young Investigators” Grant. E. Cebollero is supported by an Earth and Life Sciences (ALW-817.02.023) open program grant given to F. Reggiori and Bernd Helms (Department of Biochemistry and Cell Biology, Utrecht University).

Referenties

  1. B. Levine, N. Mizushima, and H. W. Virgin, “Autophagy in immunity and inflammation,” Natuur, vol. 469, nee. 7330, pp. 323–335, 2011. View at: Publisher Site | Google geleerde
  2. N. Mizushima and B. Levine, “Autophagy in mammalian development and differentiation,” Nature Cell Biology, vol. 12, nee. 9, pp. 823–830, 2010. View at: Publisher Site | Google geleerde
  3. B. Levine and G. Kroemer, “Autophagy in the pathogenesis of disease,” Cel, vol. 132, nee. 1, pp. 27–42, 2008. View at: Publisher Site | Google geleerde
  4. N. Mizushima, B. Levine, A. M. Cuervo, and D. J. Klionsky, “Autophagy fights disease through cellular self-digestion,” Natuur, vol. 451, no. 7182, pp. 1069–1075, 2008. View at: Publisher Site | Google geleerde
  5. H. Nakatogawa, K. Suzuki, Y. Kamada, and Y. Ohsumi, “Dynamics and diversity in autophagy mechanisms: lessons from yeast,” Nature Reviews Molecular Cell Biology, vol. 10, nee. 7, pp. 458–467, 2009. View at: Publisher Site | Google geleerde
  6. C. Kraft, F. Reggiori, and M. Peter, “Selective types of autophagy in yeast,” Biochimica et Biophysica Acta, vol. 1793, no. 9, pp. 1404–1412, 2009. View at: Publisher Site | Google geleerde
  7. Z. Yang and D. J. Klionsky, “Mammalian autophagy: core molecular machinery and signaling regulation,” Current Opinion in Cell Biology, vol. 22, no. 2, pp. 124–131, 2010. View at: Publisher Site | Google geleerde
  8. T. Yoshimori and T. Noda, “Toward unraveling membrane biogenesis in mammalian autophagy,” Current Opinion in Cell Biology, vol. 20, no. 4, pp. 401–407, 2008. View at: Publisher Site | Google geleerde
  9. M. Komatsu and Y. Ichimura, “Selective autophagy regulates various cellular functions,” Genen naar cellen, vol. 15, no. 9, pp. 923–933, 2010. View at: Publisher Site | Google geleerde
  10. M. U. Hutchins and D. J. Klionsky, “Vacuolar localization of oligomeric α-mannosidase requires the cytoplasm to vacuole targeting and autophagy pathway components in Saccharomyces cerevisiae,” Journal of Biological Chemistry, vol. 276, no. 23, pp. 20491–20498, 2001. View at: Publisher Site | Google geleerde
  11. S. V. Scott, M. Baba, Y. Ohsumi, and D. J. Klionsky, “Aminopeptidase I is targeted to the vacuole by a nonclassical vesicular mechanism,” Journal of Cell Biology, vol. 138, no. 1, pp. 37–44, 1997. View at: Publisher Site | Google geleerde
  12. M. A. Lynch-Day and D. J. Klionsky, “The Cvt pathway as a model for selective autophagy,” FEBS Letters, vol. 584, no. 7, pp. 1359–1366, 2010. View at: Publisher Site | Google geleerde
  13. M. Yuga, K. Gomi, D. J. Klionsky, and T. Shintani, “Aspartyl aminopeptidase is imported from the cytoplasm to the vacuole by selective autophagy in Saccharomyces cerevisiae,” Journal of Biological Chemistry, vol. 286, nee. 15, pp. 13704–13713, 2011. View at: Publisher Site | Google geleerde
  14. T. Shintani and D. J. Klionsky, “Cargo proteins facilitate the formation of transport vesicles in the cytoplasm to vacuole targeting pathway,” Journal of Biological Chemistry, vol. 279, no. 29, pp. 29889–29894, 2004. View at: Publisher Site | Google geleerde
  15. R. Manjithaya, T. Y. Nazarko, J. C. Farré, and S. S. Suresh, “Molecular mechanism and physiological role of pexophagy,” FEBS Letters, vol. 584, no. 7, pp. 1367–1373, 2010. View at: Publisher Site | Google geleerde
  16. K. Wang and D. J. Klionsky, “Mitochondria removal by autophagy,” Autophagy, vol. 7, nee. 3, pp. 297–300, 2011. View at: Publisher Site | Google geleerde
  17. C. Kraft, M. Peter, and K. Hofmann, “Selective autophagy: ubiquitin-mediated recognition and beyond,” Nature Cell Biology, vol. 12, nee. 9, pp. 836–841, 2010. View at: Publisher Site | Google geleerde
  18. T. P. Ashford and K. R. Porter, “Cytoplasmic components in hepatic cell lysosomes,” Journal of Cell Biology, vol. 12, pp. 198–202, 1962. View at: Google Scholar
  19. E. L. Eskelinen, F. Reggiori, M. Baba, A. L. Kovács, and P. O. Seglen, “Seeing is believing: the impact of electron microscopy on autophagy research,” Autophagy, vol. 7, nee. 9, pp. 935–956, 2011. View at: Publisher Site | Google geleerde
  20. C. Kraft, A. Deplazes, M. Sohrmann, and M. Peter, “Mature ribosomes are selectively degraded upon starvation by an autophagy pathway requiring the Ubp3p/Bre5p ubiquitin protease,” Nature Cell Biology, vol. 10, nee. 5, pp. 602–610, 2008. View at: Publisher Site | Google geleerde
  21. B. K. Baxter, H. Abeliovich, X. Zhang, A. G. Stirling, A. L. Burlingame, and D. S. Goldfarb, “Atg19p ubiquitination and the cytoplasm to vacuole trafficking pathway in yeast,” Journal of Biological Chemistry, vol. 280, no. 47, pp. 39067–39076, 2005. View at: Publisher Site | Google geleerde
  22. S. V. Scott, J. Guan, M. U. Hutchins, J. Kim, and D. J. Klionsky, “Cvt19 is a receptor for the cytoplasm-to-vacuole targeting pathway,” Molecular Cell, vol. 7, nee. 6, pp. 1131–1141, 2001. View at: Publisher Site | Google geleerde
  23. C. Kraft and M. Peter, “Is the Rsp5 ubiquitin ligase involved in the regulation of ribophagy?” Autophagy, vol. 4, nee. 6, pp. 838–840, 2008. View at: Google Scholar
  24. C. Pohl and S. Jentsch, “Midbody ring disposal by autophagy is a post-abscission event of cytokinesis,” Nature Cell Biology, vol. 11, no. 1, pp. 65–70, 2009. View at: Publisher Site | Google geleerde
  25. J. R. Warner, “The economics of ribosome biosynthesis in yeast,” Trends in Biochemical Sciences, vol. 24, nee. 11, pp. 437–440, 1999. View at: Publisher Site | Google geleerde
  26. M. S. Hillwig, A. L. Contento, A. Meyer, D. Ebany, D. C. Bassham, and G. C. MacIntosha, “RNS2, a conserved member of the RNase T2 family, is necessary for ribosomal RNA decay in plants,” Proceedings van de National Academy of Sciences van de Verenigde Staten van Amerika, vol. 108, nee. 3, pp. 1093–1098, 2011. View at: Publisher Site | Google geleerde
  27. A. R. Kristensen, S. Schandorff, M. Høyer-Hansen et al., “Ordered organelle degradation during starvation-induced autophagy,” Molecular and Cellular Proteomics, vol. 7, nee. 12, pp. 2419–2428, 2008. View at: Publisher Site | Google geleerde
  28. F. C. Baltanás, I. Casafont, E. Weruaga, J. R. Alonso, M. T. Berciano, and M. Lafarga, “Nucleolar disruption and cajal body disassembly are nuclear hallmarks of DNA damage-induced neurodegeneration in Purkinje cells,” Brain Pathology, vol. 21, no. 4, pp. 374–388, 2011. View at: Publisher Site | Google geleerde
  29. V. Deretic, “Autophagy in immunity and cell-autonomous defense against intracellular microbes,” Immunological Reviews, vol. 240, nee. 1, pp. 92–104, 2011. View at: Publisher Site | Google geleerde
  30. M. Ponpuak, A. S. Davis, E. A. Roberts et al., “Delivery of cytosolic components by autophagic adaptor protein p62 endows autophagosomes with unique antimicrobial properties,” Immuniteit, vol. 32, no. 3, pp. 329–341, 2010. View at: Publisher Site | Google geleerde
  31. M. F. Campagnoli, U. Ramenghi, M. Armiraglio et al., “RPS19 mutations in patients with Diamond-Blackfan anemia,” Menselijke mutatie, vol. 29, nee. 7, pp. 911–920, 2008. View at: Publisher Site | Google geleerde
  32. I. Braakman and N. J. Bulleid, “Protein folding and modification in the mammalian endoplasmic reticulum,” Annual Review of Biochemistry, vol. 80, pp. 71–99, 2011. View at: Publisher Site | Google geleerde
  33. T. Yorimitsu, U. Nair, Z. Yang, and D. J. Klionsky, “Endoplasmic reticulum stress triggers autophagy,” Journal of Biological Chemistry, vol. 281, no. 40, pp. 30299–30304, 2006. View at: Publisher Site | Google geleerde
  34. K. B. Kruse, A. Dear, E. R. Kaltenbrun et al., “Mutant fibrinogen cleared from the endoplasmic reticulum via endoplasmic reticulum-associated protein degradation and autophagy: an explanation for liver disease,” American Journal of Pathology, vol. 168, no. 4, pp. 1299–1308, 2006. View at: Publisher Site | Google geleerde
  35. K. B. Kruse, J. L. Brodsky, and A. A. McCracken, “Characterization of an ERAD gene as VPS30/ATG6 reveals two alternative and functionally distinct protein quality control pathways: one for soluble Z variant of human α-1 proteinase inhibitor (A1PiZ) and another for aggregates of A1PiZ,” Molecular Biology of the Cell, vol. 17, nee. 1, pp. 203–212, 2006. View at: Publisher Site | Google geleerde
  36. J. H. Teckman and D. H. Perlmutter, “Retention of mutant α 1 -antitrypsin Z in endoplasmic reticulum is associated with an autophagic response,” American Journal of Physiology, vol. 279, no. 5, pp. G961–G974, 2000. View at: Google Scholar
  37. E. Fujita, Y. Kouroku, A. Isoai et al., “Two endoplasmic reticulum-associated degradation (ERAD) systems for the novel variant of the mutant dysferlin: ubiquitin/proteasome ERAD(I) and autophagy/lysosome ERAD(II),” Human Molecular Genetics, vol. 16, no. 6, pp. 618–629, 2007. View at: Publisher Site | Google geleerde
  38. K. Zhang and R. J. Kaufman, “The unfolded protein response: a stress signaling pathway critical for health and disease,” Neurology, vol. 66, nee. 2, pp. S102–S109, 2006. View at: Google Scholar
  39. K. Römisch, “Endoplasmic reticulum-associated degradation,” Jaaroverzicht van cel- en ontwikkelingsbiologie, vol. 21, pp. 435–456, 2005. View at: Publisher Site | Google geleerde
  40. S. Bernales, F. R. Papa, and P. Walter, “Intracellular signaling by the unfolded protein response,” Jaaroverzicht van cel- en ontwikkelingsbiologie, vol. 22, pp. 487–508, 2006. View at: Publisher Site | Google geleerde
  41. Y. Ichimura, T. Kirisako, T. Takao et al., “A ubiquitin-like system mediates protein lipidation,” Natuur, vol. 408, no. 6811, pp. 488–492, 2000. View at: Publisher Site | Google geleerde
  42. Y. Kabeya, N. Mizushima, A. Yamamoto, S. Oshitani-Okamoto, Y. Ohsumi, and T. Yoshimori, “LC3, GABARAP and GATE16 localize to autophagosomal membrane depending on form-II formation,” Journal of Cell Science, vol. 117, no. 13, pp. 2805–2812, 2004. View at: Publisher Site | Google geleerde
  43. W. X. Ding, H. M. Ni, W. Gao et al., “Differential effects of endoplasmic reticulum stress-induced autophagy on cell survival,” Journal of Biological Chemistry, vol. 282, no. 7, pp. 4702–4710, 2007. View at: Publisher Site | Google geleerde
  44. Y. Kouroku, E. Fujita, I. Tanida et al., “ER stress (PERK/eIF2α phosphorylation) mediates the polyglutamine-induced LC3 conversion, an essential step for autophagy formation,” Cell Death and Differentiation, vol. 14, no. 2, pp. 230–239, 2007. View at: Publisher Site | Google geleerde
  45. S. Bernales, K. L. McDonald, and P. Walter, “Autophagy counterbalances endoplasmic reticulum expansion during the unfolded protein response.,” PLoS Biology, vol. 4, nee. 12, article e423, 2006. View at: Publisher Site | Google geleerde
  46. M. Hamasaki, T. Noda, M. Baba, and Y. Ohsumi, “Starvation triggers the delivery of the endoplasmic reticulum to the vacuole via autophagy in yeast,” Verkeer, vol. 6, no. 1, pp. 56–65, 2005. View at: Publisher Site | Google geleerde
  47. P. Salahuddint, “Genetic variants of α1-antitrypsin,” Current Protein and Peptide Science, vol. 11, no. 2, pp. 107–117, 2010. View at: Google Scholar
  48. T. Kamimoto, S. Shoji, T. Hidvegi et al., “Intracellular inclusions containing mutant α 1 -antitrypsin Z are propagated in the absence of autophagic activity,” Journal of Biological Chemistry, vol. 281, no. 7, pp. 4467–4476, 2006. View at: Publisher Site | Google geleerde
  49. M. Baba, K. Takeshige, N. Baba, and Y. Ohsumi, “Ultrastructural analysis of the autophagic process in yeast: detection of autophagosomes and their characterization,” Journal of Cell Biology, vol. 124, no. 6, pp. 903–913, 1994. View at: Google Scholar
  50. M. J. Mazón, P. Eraso, and F. Portillo, “Efficient degradation of misfolded mutant Pma1 by endoplasmic reticulum-associated degradation requires Atg19 and the Cvt/autophagy pathway,” Moleculaire Microbiologie, vol. 63, nee. 4, pp. 1069–1077, 2007. View at: Publisher Site | Google geleerde
  51. E. Kario, N. Amar, Z. Elazar, and A. Navon, “A new autophagy-related checkpoint in the degradation of an ERAD-M target,” Journal of Biological Chemistry, vol. 286, nee. 13, pp. 11479–11491, 2011. View at: Publisher Site | Google geleerde
  52. P. Ylä-Anttila, H. Vihinen, E. Jokitalo, and E. L. Eskelinen, “3D tomography reveals connections between the phagophore and endoplasmic reticulum,” Autophagy, vol. 5, no. 8, pp. 1180–1185, 2009. View at: Publisher Site | Google geleerde
  53. M. Hayashi-Nishino, N. Fujita, T. Noda, A. Yamaguchi, T. Yoshimori, and A. Yamamoto, “A subdomain of the endoplasmic reticulum forms a cradle for autophagosome formation,” Nature Cell Biology, vol. 11, no. 12, pp. 1433–1437, 2009. View at: Google Scholar
  54. K. Kohno, “Stress-sensing mechanisms in the unfolded protein response: similarities and differences between yeast and mammals,” Journal of Biochemistry, vol. 147, nee. 1, pp. 27–33, 2010. View at: Publisher Site | Google geleerde
  55. T. Hanada, N. N. Noda, Y. Satomi et al., “The Atg12-Atg5 conjugate has a novel E3-like activity for protein lipidation in autophagy,” Journal of Biological Chemistry, vol. 282, no. 52, pp. 37298–37302, 2007. View at: Publisher Site | Google geleerde
  56. N. Fujita, T. Itoh, H. Omori, M. Fukuda, T. Noda, and T. Yoshimori, “The Atg16L complex specifies the site of LC3 lipidation for membrane biogenesis in autophagy,” Molecular Biology of the Cell, vol. 19, no. 5, pp. 2092–2100, 2008. View at: Publisher Site | Google geleerde
  57. S. Lépine, J. C. Allegood, M. Park, P. Dent, S. Milstien, and S. Spiegel, “Sphingosine-1-phosphate phosphohydrolase-1 regulates ER stress-induced autophagy,” Cell Death and Differentiation, vol. 18, no. 2, pp. 350–361, 2011. View at: Publisher Site | Google geleerde
  58. M. Høyer-Hansen, L. Bastholm, P. Szyniarowski et al., “Control of macroautophagy by calcium, calmodulin-dependent kinase kinase-β, and Bcl-2,” Molecular Cell, vol. 25, no. 2, pp. 193–205, 2007. View at: Publisher Site | Google geleerde
  59. M. Høyer-Hansen and M. Jäättelä, “Connecting endoplasmic reticulum stress to autophagy by unfolded protein response and calcium,” Cell Death and Differentiation, vol. 14, no. 9, pp. 1576–1582, 2007. View at: Publisher Site | Google geleerde
  60. A. L. Shaffer, M. Shapiro-Shelef, N. N. Iwakoshi et al., “XBP1, downstream of Blimp-1, expands the secretory apparatus and other organelles, and increases protein synthesis in plasma cell differentiation,” Immuniteit, vol. 21, no. 1, pp. 81–93, 2004. View at: Publisher Site | Google geleerde
  61. Y. Kouroku, E. Fujita, A. Jimbo et al., “Polyglutamine aggregates stimulate ER stress signals and caspase-12 activation,” Human Molecular Genetics, vol. 11, no. 13, pp. 1505–1515, 2002. View at: Google Scholar
  62. A. Kihara, T. Noda, N. Ishihara, and Y. Ohsumi, “Two distinct Vps34 phosphatidylinositol 3-kinase complexes function in autophagy and carboxypeptidase y sorting in Saccharomyces cerevisiae,” Journal of Cell Biology, vol. 153, nee. 3, pp. 519–530, 2001. View at: Google Scholar
  63. M. N. J. Seaman, E. G. Marcusson, J. L. Cereghino, and S. D. Emr, “Endosome to Golgi retrieval of the vacuolar protein sorting receptor, Vps10p, requires the function of the VPS29, VPS30, and VPS35 gene products,” Journal of Cell Biology, vol. 137, no. 1, pp. 79–92, 1997. View at: Publisher Site | Google geleerde
  64. E. H. Baehrecke, “Autophagy: dual roles in life and death?” Nature Reviews Molecular Cell Biology, vol. 6, no. 6, pp. 505–510, 2005. View at: Publisher Site | Google geleerde
  65. M. Ogata, S. I. Hino, A. Saito et al., “Autophagy is activated for cell survival after endoplasmic reticulum stress,” Moleculaire en cellulaire biologie, vol. 26, no. 24, pp. 9220–9231, 2006. View at: Publisher Site | Google geleerde

Auteursrechten

Copyright © 2012 Eduardo Cebollero et al. Dit is een open access-artikel dat wordt gedistribueerd onder de Creative Commons Attribution-licentie, die onbeperkt gebruik, distributie en reproductie in elk medium toestaat, op voorwaarde dat het originele werk correct wordt geciteerd.


Changes in receptor response by disease states

Disease states may alter the number of available receptors, which can alter the sensitivity and response of a given cell or tissue. Disease states may therefore alter the actual function or activity of those receptors either through loss or gain of function.

Example • Loss of Receptors

Myasthenia Gravis is an autoimmune disorder in which antibodies destroy nicotinic acetylcholine receptors [nAChR] located in skeletal muscle. nAChRs help communicate signals resulting in muscle contraction. Thus, Myasthenia Gravis causes muscle weakness, droopy eyes and even difficulty in swallowing.

Myasthenia Gravis is treated with immunosuppressants to decrease the production of antibodies that destroy nAChRs as well as with acetylcholine esterase inhibitors [AChEIs] that prevent the breakdown of acetylcholine, a nAChR agonist, to increase its level in the synapse.

Example • Loss of Function • Androgen Receptors [AR]

Androgen receptors have variants caused by genetic mutations. These variants have varied levels of function, ranging from partial to complete loss of function. Individuals who have complete AR insensitivity exhibit Complete Androgen Insensitivity Syndrome [CAIS], and those who have partial AR insensitivity suffer from Partial Androgen Insensitivity Syndrome [PAIS]. Both syndromes cause a loss of receptor function.

Treatment for these syndromes includes hormone therapy testosterone and/or dihydrotestosterone [DHT]. One great advantage of DHT over testosterone is that cannot be aromatized to estrogen, eliminating possible side effects associated with estrogen exposure.

Example • Gain-of-Function •A number of endocrine diseases are caused by gain-of-function mutations of GPCRs.

Type 2 Diabetes Mellitus [DM2] • DM2 can be associated with a gain-of-function mutation, resulting in increased expression of the een2A-adrenergic receptor a GPCR that prevents or suppresses the secretion of insulin. As you can imagine, a patient with this gain-of-function mutation will have elevated blood glucose, potentially leading to type II diabetes mellitus.

Familial Hypocalcemia Hypocalciuria • This disease involves a gain-of-function mutation of the calcium-sensing receptor [ CaSR ] a GPCR that allows the body to monitor and regulate the amount of calcium in the blood. This gain-of-function leads to increased sensitivity to calcium. Because CaSR maintains calcium homeostasis, its exaggerated response to calcium tells the body to excrete more calcium. This leads to decreased calcium levels in the blood (hypocalcemia) by suppressing the secretion of parathyroid hormone and increased renal excretion of calcium (hypercalciuria).


Discussie

α-Taxilin was identified as a binding partner of syntaxin 1, 3, and 4 (Nogami et al., 2003, 2004). The binding is restricted to free syntaxin that is not part of the SNARE complex. Thus, α-taxilin exerts a negative regulatory function on the formation of SNARE complexes and thereby affects SNARE-dependent transport processes. Further analyses revealed that hepatitis viruses B and C affect the expression and amount of α-taxilin. While HBV replication leads to an increased expression and elevated amount of α-taxilin, the opposite is observed for HCV: expression and amount are decreased (Hoffmann et al., 2013 Elgner et al., 2016a). α-Taxilin affects the release of HCV by modulating the number of free syntaxin 4 molecules that can be used for formation of SNARE complexes. In accordance to this, an elevated amount of syntaxin 4 promotes the release of HCV, while silencing of the syntaxin 4 expression decreases the number of released viral particles (Ren et al., 2017). Moreover, overexpression of α-taxilin in HCV positive cells impairs HCV release while further silencing favors the release of infectious viral particles (Ren et al., 2017).

In a recent report, it was described that in HeLa cells α-taxilin interacts with SNX4 and thereby is involved in the recycling of the TfR (Sakane et al., 2014). A decrease in the amount of α-taxilin selectively impairs the recycling of TfR. Knockdown of α-taxilin leads to lysosomal degradation of TfR and impaired recycling of TfR. Further analyses revealed that SNX4 is involved in the recycling of TfR and interacts with α-taxilin (Sakane et al., 2014).

In our study, we could confirm for the hepatoma cell lines Huh7.5.1 and HepaRG that transient silencing or stable knockout of α-taxilin impairs the TfR recycling and thereby leads to a decreased amount of TfR. In light of the previous observation that in HCV-replicating cells the amount of α-taxilin is decreased (Elgner et al., 2016a), we investigated the impact on the recycling and amount of the TfR in HCV-positive cells. Indeed, the decreased amount of α-taxilin in HCV-positive cells correlates with a decreased level of the TfR that is not due to a decreased expression of the TfR, as the level of TfR-specific transcripts does not differ between HCV positive cells and the corresponding control. Inhibition of the lysosomal activity by BFLA increases the amount of the TfR in HCV-positive cells. This reflects that due to the impaired recycling TfR enters the lysosomal compartment. If the lysosomal activity is blocked by bafilomycin TfR-specific signals accumulate in the LE causing the enhanced TfR-specific signal under these conditions. Moreover, under these conditions, it can be observed that the TfR is trapped in LAMP-2-positive structures. As HCV induces autophagy, it can be assumed that this enhances the degradation of the TfR that is prevented from recycling by the lack of α-taxilin.

The HCV life cycle is strongly associated with autophagy (Medvedev et al., 2017). Inhibition of autophagy contributes to an inhibition of HCV replication. This could explain the reduced level of NS5A in HCV-positive Bafilomycin treated cells.

The impaired recycling of the TfR in HCV-positive cells that leads to a decreased amount of TfR can be rescued by α-taxilin overexpression, confirming the crosstalk between HCV, α-taxilin, and the TfR. The impaired recycling and subsequent lysosomal degradation of the TfR leads to a decreased total amount of the TfR and indeed to a decreased number of TfR molecules on the cell surface of HCV-positive cells. The functional relevance of this is reflected by the decreased binding capacity of AF488-labeled transferrin in HCV-positive cells. Again, overexpression of α-taxilin restores the transferrin binding capacity of HCV-positive cells.

The impaired recycling of TfR in HCV-positive cells due to a decreased level of α-taxilin is not a general phenomenon affecting the recycling/degradation of other receptors. The effect of α-taxilin depends on the interaction with SNX4 that is relevant for TfR internalization/recycling, but not a general adaptor that is involved in internalization/recycling processes. Silencing of α-taxilin expression does not lead to a decreased amount of EGFR. This is in accordance to the literature (Sakane et al., 2014) and our data.

The reduced amount of the TfR on the surface of HCV-positive cells that is associated with a decreased binding capacity of its ligand transferrin can be a causative factor that the amount of Fe 2+ is significant lower as compared to the HCV-negative control cells. This fits to previous observations that describe a significant reduction of the iron content in HCV-positive cells as compared to the control cells (Fillebeen and Pantopoulos, 2013). In these previous studies, the authors describe an accumulation of iron regulatory protein 2 (IRP2) and report about a repression of TfR1 and divalent metal transporter in HCV-positive cells. This is corroborated by our data that confirm the decreased iron content in HCV-replicating cells and reveal a mechanism based on the decreased amount of α-taxilin leading to an impaired recycling and enhanced autophagosomal turnover. The decreased iron content promotes HCV replication as the viral RNA-dependent RNA polymerase NS5B is inhibited by elevated intracellular levels of Fe 2+ (Fillebeen et al., 2005 Fillebeen and Pantopoulos, 2010).

The TfR was identified as a relevant HCV entry factor. It is well established that cells that are productively infected by HCV are refractory to a second infection by HCV known as superinfection exclusion. As there is clear evidence that superinfection exclusion is neither due to a reduction of CD81 and nor of SRB1, it is assumed that the block occurs at a post-entry step (Schaller et al., 2007). The TfR was identified as a relevant entry factor for HCV (Martin and Uprichard, 2013 Webster et al., 2013). Our data demonstrate that the reduced amount of α-taxilin in HCV-positive cells leads, via an impaired recycling, to a decreased number of TfR molecules that has functional implications on the transferrin binding and iron uptake. In light of the relevance of TfR for the HCV entry, the resulting question was whether the decreased TfR level on the cell surface could be a causative factor for the block of superinfection.

Superinfection experiments using either mCherry- (mCherryE1) or eGFP- (eGFPNS5A) tagged reporter viruses confirmed the superinfection exclusion in HCV-infected HuH7.5 cells. Either mCherry- or eGFP-positive cells but no double positive cells were detected. However, if the α-taxilin expression was restored the level of TfR on the cell surface of HCV-positive cells was rescued and the superinfection exclusion could be overcome, as evidenced by double infected cells replicating the mCherry- and eGFP-tagged reporter virus characterized by a yellow fluorescence signal. These data suggest that the decreased number of TfRs on the cell surface of HCV-positive cells due to the impaired recycling is a factor contributing to the superinfection exclusion. Restauration of the α-taxilin expression and thereby rescue of TfR presentation on the cell surface overcomes the superinfection block.

Taken together, our data establish a crosstalk between the TfR and α-taxilin that with respect to the HCV life-cycle was identified as a relevant factor affecting the release of HCV. Functional implications of this crosstalk are a reduced transferrin binding capacity and subsequent diminished iron uptake of HCV-positive cells. As overexpression of α-taxilin restores the number of TfRs on the cell surface and overcomes the block of superinfection, it is concluded that the α-taxilin-TfR crosstalk is a relevant factor for the superinfection exclusion.

This study contributes to deepen our knowledge about HCV life cycle and correlates a novel factor- α-taxilin so far being considered to affect HCV release- with impaired iron uptake and receptor down modulation.

It will be interesting to see in further studies, whether polymorphisms in the α-taxilin expression in patients correlate with superinfection.


Mechanism of Hormone Action (With Feedback Regulation)

The steroid hormones and the thyroid hormones enter the cell and combine with the specific receptor protein to form ‘receptor protein-hormone complex’. This complex will then bind to a specific site on DNA and initiate or enhance the synthesis of mRNA which in turn synthesizes the protein i.e. enzymes. Therefore the cell reactions speed up.

2. Change in cell permeability:

Hormones like insulin binds to a specific receptor on the cell membrane which results in alteration of the permeability of the cell to certain substances like glucose, amino acids and ions. The entry of these substances will bring a change in cell reactions.

3. Action through a second messenger (cAMP):

Hormones like epinephrine, glucagon bind to a regulatory site on the cell membrane. On the inner side of this regulatory site, an enzyme known as adenyl cyclase is present that converts ATP to cAMP which then activates certain protein kinases that in turn will phosphorylate certain enzymes. Some enzymes on phosphorylation become active whereas some other enzymes become inactive. Certain reactions are therefore stimulated while others are inhibited.

Feedback Regulation of Hormone Production:

The production of hormones is regulated by feedback mechanism.

There are two types of feedback regulation:

(1) Negative feedback regulation and

(2) Positive feedback regulation.

1. Negative feedback regulation:

When the target hormone is in little excess, then this excess hormone will inhibit the production of its tropic hormone. The tropic hormone in turn will stop the release of the release factors. The inhibitory action of the tropic hormone over the release factor is known as the short loop feedback. At other instances the target hormone can itself inhibit the release factor this is known as long loop feed back.

2. Positive feedback regulation:

Estrogen stimulates the production of luteinizing hormone.

Secretion of hormones from endocrine glands:

The peptide hormones and the catecholamine’s are secreted by a process called exocytosis. Steroid hormones are secreted by passive diffusion.

Circulation of hormones in blood:

The water soluble peptide hormones and the catecholamine’s circulate in free form in the blood. Steroid and thyroid hormones circulate bound to specific proteins known as binding, carrier or transport proteins ex Thyroxine binding globulin (TBG).

Degradation and excretion of hormones:

All the hormones are degraded and excreted. Peptide hormones are degraded in the liver and/or kidney. The catecholamine’s, steroids and the thyroid hor­mones are inactivated directly by enzymatic modification in the blood and/or in the liver.

Disorders of the endocrines:

There are three major classes of endocrine disorders:

1. Insufficient hormone production:

This may be due to abnormal function or destruction of the endocrine gland.

2. Excess hormone production:

This is due to tumors of the gland.

3. Altered tissue responsiveness to hormone effects:

(b) Defective or absence of receptor

(c) Inactive receptor hormone complex.

These are the causes that lead to ineffectiveness of hormones though they are produced in normal amounts.