自噬開關3-Methyladenine(3-MA)的作用機制及應用案例
3-Methyladenine是一種能特異性地與磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）結合，并抑制其活性的小分子化合物。3-Methyladenine（3-MA，AbMole，M2296）是探究細胞自噬分子調控網絡的重要工具化合物。AbMole為全球科研客戶提供高純度、高生物活性的抑制劑、細胞因子、人源單抗、天然產物、熒光染料、多肽、靶點蛋白、化合物庫、抗生素等科研試劑，全球大量文獻專利引用。
一、作用機制
1.調控PI3K/Akt/mTOR通路
PI3K通路是細胞內重要的信號傳導通路之一，根據其結構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 是由一個調節亞基（如 p85）和一個催化亞基（如 p110α、p110β、p110δ）組成的異源二聚體，主要參與細胞增殖、存活和代謝等過程的調控，其激活通常依賴于受體酪氨酸激酶（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I類家族中的PI3Kγ 和III類中的VPS34具有高效的抑制作用，其 IC50 值分別為60 μM和25 μM。3-Methyladenine可通過與 PI3Kγ和VPS34的調節亞基或催化亞基結合，影響其亞基之間的相互作用以及催化活性中心的結構，從而降低PI3Kγ和VPS34的激酶活性。
圖1. An overview of PI3K family[1]
2.調控自噬通路
自噬是細胞內高度保守的代謝過程，對維持細胞內環境穩定、應對外界應激以及參與多種生理病理進程起著關鍵作用。自噬過程主要包括以下幾個階段。
自噬啟動：細胞經外界刺激或者產生氧化應激和營養缺乏時，胞內的信號通路會被激活，從而啟動自噬；
自噬小體形成：自噬啟動后，會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，在此過程中需要一系列自噬相關蛋白（ATG 蛋白）的參與，如 Atg5、Atg12、Atg18等組成的復合物，以及微管相關蛋白 1 輕鏈 3（LC3）等；
自噬體與溶酶體融合：自噬體形成后，會通過細胞骨架微管系統運輸至溶酶體附近，并與溶酶體發生融合，形成自噬溶酶體（autolysosome），這一過程需要多種蛋白質和分子的參與，如 Rab7和SNARE分別介導了溶酶體和自噬體之間的識別和膜融合。3-Methyladenine（3-MA，3-甲基腺嘌呤，AbMole，M2296）主要通過抑制VPS34阻斷自噬，VPS34在胞內可催化產生PI3P。PI3P在自噬體形成早期發揮重要的招募和定位作用，它可以與含有 FYVE 結構域或 PX 結構域的蛋白質結合，這些蛋白質包括 Atg家族、WIPI1等，它們參與自噬體膜的延伸和成熟過程。例如，Atg18 可以與PI3P結合，定位到自噬體膜上，促進自噬體膜的擴張和底物的包裹。在實驗中，3-Methyladenine（3-MA，3-甲基腺嘌呤，AbMole，M2296）作為一款經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家心血管研究中心和美國哥倫比亞大學用于動物體內實驗，相關科研成果發表于頂刊 Nature 和 Nature Medicine。
圖2. Schematic representation of the autophagy process.
3.調控其它通路
除了PI3K/Akt/mTOR通路，3-Methyladenine（3-MA，3-甲基腺嘌呤，AbMole，M2296）還可能對其它細胞信號通路產生影響。例如，有研究表明3-Methyladenine能夠抑制Wnt/β-catenin和Notch信號通路的活性[2]。這些信號通路在細胞分化、組織發育以及腫瘤發生等過程中發揮重要作用。3-MA對這些通路的調控作用進一步拓展了其在細胞信號傳導研究中的應用范圍，為深入探究細胞內復雜的信號網絡提供了新的視角。
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在卵巢癌細胞中的作用，特別是其如何通過調節p53蛋白來影響腫瘤的生長和鐵死亡。研究發現，MEX3A在卵巢癌細胞中過表達，尤其是在含有野生型p53的卵巢癌亞型中。最終結果表明MEX3A通過促進p53蛋白的降解，抑制了p53介導的鐵死亡，從而促進了腫瘤的生長和存活。在細胞實驗中研究人員對MEX3A缺失（sh-MEX3A）和對照（sh-Ctrl）的PA-1和TOV21G細胞進行了不同抑制劑的處理，以確定MEX3A缺失造成的細胞死亡類型，該部分的實驗使用了來自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 細胞中的自噬水平變化，結果表明在與Giardia duodenalis共孵育的細胞中檢測出一系列自噬相關分子（如 LC3、Beclin1、Atg7、Atg16L1 和 ULK1）的上調，以及 p62 蛋白的下調，提示自噬的發生。并且實驗人員還發現自噬與緊密連接低蛋白的下調和NO釋放的減少密切相關。此外，該研究還揭示了活性氧（ROS）依賴的AMPK/mTOR信號通路可促進Giardia duodenalis誘導的自噬。在實驗過程中，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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