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2024年4月16日发(作者:汽车access是什么意思)

医学研究生学报

2021

4

月第

34

卷第

4

JMed

Postara

,

VW.34

,

Nc5

,

ApPi

,

202)

-

497

-

初级纤毛与自噬的关系研究进展

陈珏蓉综述

,

郭佳男

何苇审校

摘要

初级纤毛是将细胞外的化学和机械信号传递到细胞内的重要途径

自噬是通过降解细胞成分以维持细胞和组

织稳态的过程

两者对哺乳动物的生长发育都有重要作用

近年来学者们发现调控自噬的分子机制与初级纤毛的形成相关,

自噬可以通过降解特定的纤毛蛋白来调节纤毛的生成及长度,

而自噬体的形成又需要依赖于初级纤毛所介导的信号传导

文章就初级纤毛的结构功能和自噬原理

以及初级纤毛与自噬的相互调控关系的研究进展作一综述

以期为这一领域的研究

者提供新的思路

关键词

初级纤毛

自噬;纤毛形成;纤毛长度

中图分类号

R374

文献标志码

A

文章编号

1008-8199(

202)

)04-0405-0

DOI

14.1657(/Lcngi.l408-C169.207(.44.414

Resecrch

progress

on

the

relahonshia

betweec

primary

cilia

and

autophagy

CHEN

Joe-exy

gVuing,

GUO

Jig-San

,

HE

Wai

oUecUing

(D/€lrOn/e

of

Orad

add

Maxillcfaciai

Surcerc

,

Tha

Aff'aiatea

Stomatoloficcd

Hospital

df

Z

uti

/C

Meatcal

Universit/

,

Zig/

563000,

Guizhou

,

China)

[

Abstroct

]

PUmag

cilia

are

ImporPu-

pathways

that

carg

extracellular

chemicai

and

mechauicai

siguals

into

cells.

AuPphayp

is

a

process

that

Uearades

cellular

componeuts

to

maintaiu

celi

and

tissue

homeosPsis,

both

of

which

play

an

imporPu-

elo

iu

the

growth

and

Uevelopmeut

of

mammals.

(_

receut

years,

researchers

have

found

that

the

molecalar

mechanism

of

anPphayp

is

relateP

to

the

formation

of

primag

cilia.

AuPphayp

can

reaulap

the

formation

and

leugth

of

cilium

bp

Uearading

specific

cilium

pePiks

:

and

the

formation

of

anPphaaosomes

depeuds

on

the

signal

tgnsUuctPn

mePiapP

bp

primag

chia.

This

paper

revieweP

the

stoctue

and

fu_c-

tion

of

primarp

cilia

and

the

pPkciplo

of

aptophagy

,

as

weli

as

the

mutuai

regumUon

betweeu

primag

cilia

and

auPphayp

iu

order

to

provide

new

ideas

for

researchers

iu

this

field.

[

Key

worOs

]

primag

cilia

anPphayp

chiogeuesis

the

leugth

of cilia

0

初级纤毛是一种以微管为基础的细胞器

突出

致多个信号通路的传导障碍而引起多种遗传性疾

一般统称为纤毛病

3

自噬是一种高度保守的

代谢过程

用于降解损伤的细胞器

蛋白质和细胞质

于细胞表面并投射到细胞外环境中

起到细胞感受

组分

/

目前普遍认为

自噬对维持细胞内稳态具

有重要作用

自噬功能障碍会导致变异的蛋白质和

细胞器大量积累

进而干扰正常的细胞功能

导致多

器的作用

)

打该细胞器可感知细胞外机械和化学

信号变化

并可通过介导多种分子信号通路将信息

传导至细胞内

4

初级纤毛的纤毛膜富含多种信

种自噬相关疾病的发生

3

初级纤毛和自噬是维

持细胞内稳态所需的两种不同的适应机制

,对它们

号受体

HePgePop

(

Hh

)

WnpPDGF

Ca

4

*

通道

7

-5

因此

初级纤毛的生长异常和功能缺陷会导

之间的关系进行深入研究可加深我们对人类疾病发

病机制的了解

本文就初级纤毛与自噬的关系的研

基金项目

国家自然科学基金

(

81365165);

遵义市科技计划项目(遵

市科合

HZ

2519

434

号)

作者单位:

573705

遵义,遵义医科大学附属口腔医院口腔颌面外科

究进展作一综述

1

初级纤毛的构成与功能

陈珏蓉(医学硕士)

郭佳男

通信作者:

E-mail

4ewepyennO@

初级纤毛由以微管为基础的核心结构轴突

-492

-

医学研究生学报

2424

4

月第

34

卷第

4

J

Med

VO144,

No.4

,

ApPi,

2424

组成

轴突由基体成核,被与细胞质膜相连的纤毛膜

激酶

unc-51

样自噬激活激酶

1(udc-51T2e

autonP-

agy

activating

Uinasa

1

ULK1

)

复合物的激活

一般

包围

基体则由中心体的母中心粒形成

(

轴突与

胞内其他部分被过渡区

(

transdon

zona

,

TZ

)

所分离

情况下

增加腺昔酸活化蛋白激酶

(

adenosine

mono-

TZ

是一个高度有序的纤毛亚区

其分子结构类似于

核孔

可筛选进出纤毛的相关蛋白

12

0

每个细胞只有一根初级纤毛

相较于动纤毛而

pPospPaie

activated

protein

U2ase

,

AMPK

)

的活性

/

或抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物

1(mam-

malign

tarpei

of

rapamycin

complev

-

mTORC

1

)

的活性

初级纤毛缺乏运动所需的

2

个单中心微管和动

力蛋白臂

因此初级纤毛缺乏合成其自身组装和维

持所需蛋白质的能力

故需要依赖于纤毛内转运

可激活

ULK1

复合物

正常生理状态下

细胞自噬

水平受到控制

mTORC

1

抑制

ULK1

的激活并破坏

AMPK

ULK1

的结合

相反

在自噬刺激下

激活

(

intra/agellpr

Transpod

:

1ST

)

家族蛋白来进行物质

转运

ICT

蛋白不仅负责调控初级纤毛内物质的双

向转运

还负责介导细胞质与初级纤毛之间各种信

号分子的传递及交换运输

根据生化特性和运输方

向的不同

ICT

蛋白被分为两大类

ICT-A

复合体

ICT-L

复合体

14

o

其中

)丁

2

复合体在

Dyyein-S

的驱动下主要介导由纤毛顶部向基底部的逆向转运

(retrograde

)

ICT-B

复合体在

U2es2-2

的帮助下

主要介导由纤毛基底部向顶部的顺向转运

(

anterc-

gpde)

14

o

由于初级纤毛必须通过

ICT蛋白介导信

号分子蛋白的转运

因此

1ST

中任何一个蛋白的缺

失都有可能导致初级纤毛异常

从而出现多种发育

和细胞信号缺陷

形成纤毛相关疾病

如神经退行性

疾病

肥胖

失明

多囊肾

多指畸形

癌症及代谢紊

乱等

2

2

自噬的分类及原理

自噬

(

auPphagy

)

是一个高度保守的细胞内过

程,在这个过程中

错误折叠或受损的蛋白质及变异

的细胞器被隔离到称为自噬体的双膜结合囊泡

7

在哺乳动物中自噬主要有

3

种类型:

微自

(

mRroautophagy

)

即细胞质内容物通过溶酶体膜

的内陷直接被溶酶体吞噬;

分子伴侣介导的自噬

(cUauepne-mePiateP

auPnPagy

,

CMA

)

即一部分带

有特定氨基酸序列

(

KFERQ-

模式)的胞质蛋白被热

休克蛋白

70

(heat

shoe/

protein

of

77

Hsp77

)

识别

并在溶酶体中选择性降解;

巨自噬

(

maepautoph-

agy)

即先形成称为自噬体

(

autophagosome)

的双膜

囊泡

将蛋白和其他细胞质成分隔离并运送到溶

酶体

12

0

自噬是由

自噬相关蛋白”

完成的过程

其分为

四个阶段:起始阶段

囊泡成核阶段

自噬体延伸阶

段和溶酶体融合阶段

15

-

14

0

自噬起始于自噬启动

AMPK

可抑制

mTORC

1

的活性从而激活

ULK

1

复合体

14

o

当激活的

ULK1

复合物迁移到自噬体

形成位点(包括内质网-线粒体接触位点

质膜

、初级

纤毛本身及内质网-高尔基体)时

2

-

13

成核阶段开

在自噬体延伸阶段

微管相关蛋白

1

轻链

3

(

micptuPuiv-sssocmteP

protein

1

light

chain

3

LC3

)

前体与自噬相关基因

9

(

oiPphdgy

relateP

genv

Ap4)

作用

形成

LC3

I

后在

Atg7(E1

样酶)和

Atg3

(E2

样酶)作用下与磷脂酰乙醇胺

(phosyhati-

Uymthadolamidv

,

PE

)

共价连接成为脂溶性的

LC3-

n-PE,

随后参与自噬体的延伸

24

o

最后

自噬体与

溶酶体融合

促进自噬体内被隔离物质的降解

24

0

3

初级纤毛与自噬的关系

3

4

初级纤毛调控自噬的表达

目前已有研究证

实了自噬和纤毛形成之间存在相互作用

Pam-

p/ega

Z

观察到大量

ATG

蛋白定位于初级纤毛

主要成核的基底体和轴丝

同时发现在饥饿诱导条

件下

自噬的激活及自噬体的增加与依赖于初级纤

毛传导的

Hh

信号的激活相关

这提示可能是初级

纤毛介导的自噬启动机制

。且在血清饥饿期间几种

ATG

蛋白被募集至初级纤毛基底部的现象已被证

1)22

0

近年来国内有研究者使用无血清培养基

来诱导初级纤毛的表达

结果显示当初级纤毛的表

达率上调时

可促进软骨细胞的自噬水平以及自噬

相关标志物卷曲螺旋

/

肌球蛋白样

bclU

结合蛋白

1

(

bcl-S

interacting

myosin/moes2-02e

coUed-coi-

pptein

1

Beclin1

)

CT88

LC3

的表达

同时纤毛

长度延长

反之,用水合氯醛破坏纤毛结构后

初级

纤毛的表达率下调

同时降低软骨细胞的自噬水平

以及

BecTn1

CT88

LC3

的表达

表明在软骨细胞

中存在初级纤毛和自噬的共表达关系

且初级纤毛

的变化可调控细胞自噬的程度

27

o

该课题组在

医学研究生学报

202)

4

月第

34

卷第

4

JMeP

Postgc

,

VolIJ

,

No7

,

April

,

202)

-

425

-

另一项研究中给予软骨细胞不同强度的应力刺激

等研究了自噬和初级纤毛在皮质发育局灶性畸

发现中低强度应力刺激不仅可以促进对初级纤毛的

形成及

ICT88

的表达

同时也对自噬体的形成具有

形发展中的作用

该研究结果表明

激活

mTOR

变的大脑体细胞

可导致自噬受损及

0FD1

蛋白的

积累

从而减少神经元的纤毛形成

LR

等凹]

还深

入研究了初级纤毛与自噬相互作用的转录控制

正调控作用

而高强度应力刺激则具有负调控作用

该研究还发现应力刺激可通过初级纤毛

-ERK-

mTOR

信号轴来调控自噬的表达回

此外

在一项

究表明

过氧化物酶体增殖因子活化受体

A(yemxi-

soma

yroliferat/r

vctivated

recept/r

alphv

PPARA

)

对肾上皮细胞分化的研究中发现

通过抑制

mTOR

信号(一种特征良好的内源性自噬抑制因子)

可以

药理激活促进了纤毛形成

还诱导自噬基因的表达,

恢复因纤毛形成受阻而导致的基础自噬减少

在这

并激活哺乳动物细胞的自噬

相反

核受体亚家族

项研究中

Wang

刃使用肾上皮

HK2

细胞

(ICT88

基因被敲除)和

C13

细胞(具有短纤毛的肾上皮细

胞)进行研究

发现在这两种缺乏纤毛或短纤毛的

细胞中

mTOR

通路被高度激活

自噬的基础水平均

受到抑制

而用雷帕霉素

(

自噬激活剂)处理后

两种类型的细胞都能恢复自噬的基础水平

这表明

纤毛形成对基础自噬具有积极的调节作用

3

7

自噬调控初级纤毛形成及长度

目前的研究

表明初级纤毛与自噬存在双向调控

且初级纤毛形

成及长度变化与自噬活性的变化直接相关

I4

,

27■

22

Pampliepv

"

4

发现在营养正常的情况下

细胞内

可通过基础自噬降解

ICT20

来抑制纤毛形成并使纤

毛长度缩短

而用血清饥饿诱导自噬时

可激活依赖

于初级纤毛传导的

Hh

信号通路

进而促进纤毛形

同时恢复纤毛长度

Tang

等发现在血清

饥饿条件下的野生型小鼠胚胎成纤维细胞中

中性

粒随体蛋白

1

(

oral-fyciai-2igitai

0FD1

)

表达下调

而在自噬缺陷的细胞中

0FD1

的下调也可恢复血清

饥饿诱导的纤毛形成和纤毛长度

提示饥饿诱导的

纤毛形成需要

0FD1

介导的自噬降解

国外有研究表明

初级纤毛与自噬之间的相互

作用涉及

mTOR

通路和泛素-蛋白酶体系统

同时证

明了自噬对纤毛具有正调控作用

即在无血清

/

无葡萄糖的

RKRB

培养基

含海藻糖培养基及含

BECN1

肽培养基诱导的自噬激活可增加纤毛长度

而使用

3-

甲基腺嘌呤

(

3-Methymdeni/e

3-MA

)

(

噬早期抑制剂)和(自噬晚期抑制剂)抑制自噬可减

少纤毛长度

同时

该作者在使用

3-MA

抑制

HK2

细胞中的纤毛基础上加入

MG132

(蛋白酶体抑制

剂)后

发现该过程逆转了由

3-MA

处理引起的纤毛

长度缩短

综上所述

,mTOR

途径和蛋白酶体系统

分别参与了自噬与初级纤毛这两个过程并在纤毛和

自噬的相互调节中起着不同的作用

最近

Park

1-H

T

(

nucmar

recept/r

sudfamily

1

yroup

H

memdvr

2

NR1H2

)

的药理激活负向调控自噬和纤

毛形成

而使用

RNA

干扰技术沉默

NR1H2

则可以

诱导纤毛形成以及促进自噬水平

NR1H2

的激活

则抑制了依赖

PPARA

的纤毛形成

这表明纤毛形

成是由这两个转录因子相互控制的

与以上的研究均表明了自噬与纤毛生长的关系

呈正相关不同的是

有其他研究发现在小鼠胚胎成

纤维

3T3-21

细胞中

天然黄酮类化合物水飞蓟宾

(

sili/inin

SIL)

可通过组蛋白去乙酰化酶

6(

histone

dedcetylasa

6

HDAC6

)

调节的自噬负调控纤毛长

,而用

3-MA

/RNA

预处理阻断自噬通量

均可

逆转水飞蓟宾引起的纤毛长度缩短

且恢复水飞蓟

宾诱导的自噬所降低的

IFT88

驱动蛋白家族成员

3A(ni/esR

family

memdvr

3

A

,

KIF3A

)

乙酰化微管

蛋白

(

dC-tuUuliu)

等纤毛相关蛋白的表达

34

0

,HDAC6

介导的自噬途径的下调也参与了

I

型胶

原蛋白促进的纤毛生长的过程

5)

0

综上所述,这些研究表明自噬和纤毛形成之间

存在双向调控

但在不同的环境或不同的细胞中似

乎调控模式并不一致

因此两者之间相互作用的具

体分子机制还有待进一步研究

4

总结与展望

随着对初级纤毛和自噬认识的不断加深,

初级纤毛和自噬之间的关系已逐渐成为焦点研究领

目前已有很多研究显示

在某些细胞模型(如

成纤维细胞和肾上皮细胞)中

纤毛依赖性信号通

路是诱导自噬的必要途径

而基础或饥饿诱导的自

噬均通过降解特定的蛋白质来调节纤毛的发生和长

度变化

但我们尚不能得知自噬和初级纤毛之间的

相互作用是否也发生在其他细胞类型中

同时初级

纤毛与自噬的相互功能意义

仍存在争议

且在癌症

-

495

-

医学研究生学报

202)

4

月第

34

卷第

4

J

Mea

P

o

/

o

,

VW.34,

Nc.4

,

ApPR

202)

J

5]

Hamasadi

M,

Furuta

N

,

Matsuda

A

,

a

al.

Autophagosomes

foo

等更复杂的疾病模型中

初级纤毛和自噬之间的相

互作用尚不清楚

所以我们仍需要更多的研究来解

释初级纤毛和自噬之间这种复杂的联系

从而为理

a-

ER-mitochopdria

coutact

sites

J]

.

Nature,

2013

,

495(7443

-:

339-578.

[16]

Pamplieva

0,

Ordou

I

,

Patel

B

,

/

ad

Functioxal

interachox

be

­

tween

autophagy

and

ciliogenesis

[

J

].

Nature

:

2013

,

572

解疾病的发病机制提供重要依据

参考文献】

[

3

]

Chen

HY

,

Kellep

RA

,

Li

T

,

a

ad

PUmag

cilia

biogenesis

and

associateP

reUnai

ciliopathies

[

J]

.

Semin

Cell

Dev

Biol

:

2023

:

(7475)

194005.

[18

]

Geef

M

,

FriePman

JR

,

Gradam

C

,

a

ad

ER

exit

sites

are

physi

­

cal

and

functioxal

core

autophagosome

biogenesis

compouen-s

J].

MW

BPi

Cell,2013,24(18)

:

2018-P081.

J

9]

Ge

L

,

Melvil

l

e

D

,

Zhang

M

,

a

ad

The

ER-GWgi

intermePiate

116

76-88.

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Miois

M,

Stearss

T

,

James

NW.

Cilium

structure

:

assembly

:

compaUment

is

a

key

membrane

soupe

for

the

LC8

lipidatiou

step

and

disassembly

revulateP

bp

the

cytosPeletou

[

J

].

Biochem

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2018

,

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:

2320-P388.

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,

Andersox

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PUmag

Cilia

and

Mammalian

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J

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Cold

Spring

Hard

Peopect

Biol

,2536,9(

5)

a528375.

[4]

Jachsox

PK.

EZH4

Inactivates

PUmag

Cilia

to

Achvate

Wut

and

Drive

Melanoma

[

J

]

.

Cauces

ceU,2518

,

34(3

)

:

8-5.

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Paia

R

,

Alomari

N

,

Nauil

SM.

PUmag

Chmm-Dexendent

Siana-

ling

Mechanisms

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InPoaUcwal

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of

molecylor

sciences

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GeUh-KadleU

C

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Koller

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KUu

Moubl

Auven-

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Yang

Y

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Huang

YP

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Li

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Autophagy

and

its

sionificance

in

perioXoxtai

disease]

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Res

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,

55

(

3

-

:

18

­

25.

J]

吕佩源

等•细胞自噬与疾病发生发展的关系

及作为治疗靶点的研究进展

[

J

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•医学研究生学报

,

2018

.83

(3

)

38-S3.

[9]

Seoas

D

,

So

TY

,

Roessles

M

,

a

ad

CentPcCes

initiate

cilia

as

­

sembly

bo-

are

dispensanie

for

matoratiou

and

mainPnadce

in

C.

elevansj].

J

Cel

l

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:

1957-1071.

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AnvePan

Z

,

MyPytyp

K

,

Mukkopadhyap

S

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a

ad

Cellular

signal

­

ling

bp

primarp

cilia

in

Uevelopment

,

organ

Uinctiox

and

disease

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3

­

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CL,

Lae

EX

,

Gordou

KL

,

a

ad

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amino

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of

autophagy

via

pPosyPoglatiou

of

TFEB

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Commuo

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3)

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RE

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Ragusa

MJ,

Hurlep

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The

bevinning

of

the

end

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how

scVVOds

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autophagosome

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JM

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WA

,

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ad

A

uoifieP

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turo

for

yeast

autophagy-relateP

genes

J

]

Dev

Cell

:

2053,5(4)

:

53915455

[13

]

Kim

J

,

Kuodo

M

,

Violle-

B

,

a

ad

AMPK

and

mTOR

revulate

autophagy

tProuph

direct

phosuhoglabox

of

U1U3

[

J

]

.

Na-

Cell

Biol,

2013,13(2

)

:

134-143.

of

autophagosome

biogenesis

[

J]

.

eLife

,

2013,2

eP0947.

[20

]

Lippal

M

,

Low

P.

The

role

of

Pe

selective

aPaptos

pP4

and

uPip-

uitin-like

proteins

in

autophagy

[J].

BiomeX

Res

Int,

2014,

2014

834754.

[41

]

Zhao

YG

,

Zhang

H.

Autophagosome

matoratiou:

An

epic

journey

from

the

ER

to

lysosomes

[J].

J

Cell

BPl,

2519,418

(

8)

:

756

­

6605

[22]

Pamplieva

0

,

Cueoe

AM.

Autophagy

and

pPmag

cilia

:

dual

iu-

teglap[

J]

.

Curs

Opiu

Cell

Biol

,2610,29

1-2.

[28

]

,

涛•初级纤毛在调控软骨细胞自噬中的作用研究

[

J

]

.

骨科

,2018,2(5

)

:

474078.

[24

]

威.机械应力通过初级纤毛和自噬的交互作用调控软骨

发育的机制研究

[

D

]

华中科技大学

,2018.

[

25

]

Wang

SX

,

Livingstou

MJ

,

So

YC

,

a

al.

Reciprocal

revulabox

of

cilia

and

autophagy

via

the

MTOR

and

proteasome

pathways

J

].

Autophagy,

2013,11

(4)

:

629-215.

[25]

Tang

ZM

,

Liu

MG

,

Stowe

TR

,

a

al.

Autophagy

promotes

pPma-

O

ciliogenesis

bp

removing

OFD1

from

centriolaf

satellites

[

J

].

Nature,

2013,574(7476)

:

254-P56.

[27

]

Avalos

Y

,

.6X0-0731-7110

D

,

BuOini

M

,

a

ad

New

Roles

of

the

PUmag

Cilium in

Autophagy

[

J

]

.

BiomeX

Res

Iut,

2017,2017

4377619.

[28

]

Pard

SM

,

Lim

JS,

RamaPUshina

S

,

a

ad

Brain

Somatic

Muta-

tious

in

MTOR

Disopt

Nenroxal

Ciliogenesis

,

Leading

to

Focal

CoUical

Dyhamhatpn

J

].

Nexen

,2918,99(

1)

:

88-26(

eP)

.

[29]

Liu

ZQ

,

Lae

JN

,

Sou

M

,

/

ad

Ciliogenesis

is

reciprocally

revu-

lateP

bp

PPARA

and

NR1H4/CXR

tProuph

coutrolling

autophagy

in

vitro

and

in

L

l

J].

Autophagy

,2018,14(5)

:

1611-1026.

[39]

Xu

Q,

Liu

W

,

Liu

XL

,

a

ad

Silibiniu

devaUvely

coutributes

to

pUmag

cilia

iength

via

autophagy

revulateP

bp

histoue

deacetp-

lase

5

in

ccwUuent

mouse

embgp

Ubrodlast

3T3-L1

cells

J]

.

Mol

Cell

Biochem,

2216,220(

1-0)

:

58-28.

[81

]

Xu

Q

,

Lin

WW

,

Lin

XL

,

a

al.

Type

I

collagen

promotes

pPmag

cilia

growth

tProuph

Uowy-reaulating

HDAC6-mePiateP

autophagy

in

ccwUuent

mouse

embgp

Ubrodlast

3T3-L1

cells]

J].

J

Biosci

BPe_,2218,125(1)

:

8-14.

(收稿日期

22200501

修回日期:

2626-26-S9

)

(责任编

辑:缪

英文编辑:

邵荣青

)


本文标签: 纤毛 自噬 细胞 形成