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Early otic development depends on autophagy for apoptotic cell clearance and neural differentiation
(2012)
Autophagy is a highly regulated program of self-degradation of the cytosolic constituents that has key roles during early development and in adult cell growth and homeostasis. To investigate the role of autophagy in otic neurogenesis, we studied the expression of autophagy genes in early stages of chicken (Gallus gallus) inner ear development and the consequences of inhibiting the autophagic pathway in organotypic cultures of explanted chicken otic vesicles (OVs). Here we show the expression of autophagy-related genes (Atg) Beclin-1 (Atg6), Atg5 and LC3B (Atg8) in the otocyst and the presence of autophagic vesicles by using transmission electron microscopy in the otic neurogenic zone. The inhibition of the transcription of LC3B by using antisense morpholinos and of class III phosphatidylinositol 3-kinase with 3-methyladenine causes an aberrant morphology of the OV with accumulation of apoptotic cells. Moreover, inhibition of autophagy provokes the misregulation of the cell cycle in the otic epithelium, impaired neurogenesis and poor axonal outgrowth. Finally, our results indicate that autophagy provides the energy required for the clearing of neuroepithelial dying cells and suggest that it is required for the migration of otic neuronal precursors. Taken together, our results show for the first time that autophagy is an active and essential process during early inner ear development.
Autophagy is an evolutionarily conserved catabolic process by which cells degrade their own components through the lysosomal machinery. In physiological conditions, the mechanism is tightly regulated and contributes to maintain a balance between synthesis and degradation in cells undergoing intense metabolic activities. Autophagy is associated with major tissue remodeling processes occurring through the embryonic, fetal and early postnatal periods of vertebrates. Here we survey current information implicating autophagy in cellular death, proliferation or differentiation in developing vertebrates. In developing systems, activation of the autophagic machinery could promote different outcomes depending on the cellular context. Autophagy is thus an extraordinary tool for the developing organs and tissues.
Die Zelle repliziert ihre DNA während der S-Phase und segregiert sie dann später in der M Phase des Zellzykluses. Kommt es während dieser Prozesse zu DNA Schädigungen, arretiert die Zelle den Zellzyklus mit Hilfe spezifischer Kontrollmechanismen und versucht den Schaden zu beheben. Der DNA Kontrollpunkt wird bei DNA Schädigungen aktiviert, um mit Hilfe der DNA Reparatur den Schaden zu beheben und somit dafür zu sorgen, dass die DNA fehlerfrei repliziert werden kann. Der zweite Zellzyklus Kontrollpunkt, der Spindel Kontrollpunkt, stellt sicher, dass die Chromosomen während der M Phase unter gleicher Spannung innerhalb der Äquatorialplatte der Metaphase Spindel angeordnet sind. Kann in der Zeit, in der der Zellzyklus Kontrollpunkt aktiv ist, der Schaden nicht behoben werden, so wird Apoptose ausgelöst und die Zelle wird aus dem Zellverband entfernt. Krebszellen haben Strategien entwickelt, Zellzyklus Kontrollpunkte zu umgehen und darüber hinaus normalen Mechanismen der Apoptose zu entkommen. Die genauen molekularen Vorgänge der Deregulierung der Apoptose sind weitestgehend unaufgeklärt. Procaspase 8 ist ein wichtiges Schlüsselenzym des extrinsischen Apoptose Signalweges. Der extrinsische Signalweg wird extrazellulär über die Bindung von Liganden an ihre korrespondierenden Rezeptoren ausgelöst. In dieser Studie wird gezeigt, dass Procaspase 8 an Ser-387 in vitro als auch in vivo von Cdk1/Cyclin B1 phosphoryliert wird. Darüber hinaus zeigt diese Phosphorylierungsstelle die typische Struktur einer Bindungsstelle für Plk1, einer weiteren mitotischen Kinase. Die Interaktion von Procaspase 8 mit Cdk1/Cyclin B1 wird über die DE Domäne („death-effector-domain“ DED) von Procaspase 8 vermittelt. Wird Procaspase 8 an Ser 387 zu Alanin (S387A) mutiert, so wird die Phosphorylierung durch Cdk1/Cyclin B1 fast vollständig verhindert. Wird zudem diese Mutante (S387A) in humanen Krebszellen überexprimiert, so hemmt dies die Apoptose nach Stimulation des Fas Rezeptors. Wird umgekehrt Cyclin B1 mittels RNA Interferenz depletiert und dadurch Cdk1 nicht aktiviert, wird extrinsische Apoptose verstärkt. Diese Studie zeigt erstmals eine gezielte Inhibierung des extrinsischen Apoptose Signalweges durch mitotische Kinasen und schlägt ein Modell vor, in dem Serin/Threonin Kinasen extrinsische Apoptose inhibieren und somit der Tumorzelle ermöglichen, der Apoptose zu entkommen. Darüber hinaus wird ein neuartiger Mechanismus der Inhibition der autokatalytischen Spaltung von Procaspase 8 durch eine mitotische Kinase gezeigt.