上海有機(jī)所在自噬受體蛋白結(jié)合自噬起始ULK復(fù)合物的分子機(jī)制方面取得新進(jìn)展
細(xì)胞自噬（Autophagy）是真核細(xì)胞中一種高度受調(diào)控的、溶酶體依賴的細(xì)胞代謝過程，對(duì)于維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)以及促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育和存活具有至關(guān)重要的作用。選擇性自噬通過自噬受體蛋白來(lái)特異性地識(shí)別和降解特定的底物，包括蛋白聚集體、受損線粒體、外源性的入侵病原體等。選擇性自噬在眾多的生理過程中扮演著重要的角色，其功能異常也與大量的人類疾病相關(guān)聯(lián)，比如，神經(jīng)退行性疾病和微生物感染等。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，自噬起始ULK復(fù)合物由ULK1、ATG13、ATG101、FIP200四個(gè)亞基組成，其直接參與自噬前體形成的啟動(dòng)過程。在一些選擇性自噬過程中，自噬受體蛋白可通過結(jié)合ULK復(fù)合物中的FIP200亞基來(lái)招募和激活ULK復(fù)合物，并在自噬底物附近原位（in situ）介導(dǎo)自噬前體的形成。但是，目前自噬受體蛋白通過結(jié)合FIP200來(lái)招募ULK復(fù)合物的分子機(jī)理和相關(guān)的調(diào)控機(jī)制仍然未知。
近期，中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所生命有機(jī)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的潘李鋒課題組在Nature Communications雜志發(fā)表了題為“Phosphorylation regulates the binding of autophagy receptors to FIP200 Claw domain for selective autophagy initiation”的研究論文（https://www.nature.com/articles/s41467-021-21874-1）。該團(tuán)隊(duì)通過綜合利用液體核磁共振技術(shù)、快速蛋白液相色譜、分析型超速離心和熒光偏振等生化研究手段，首次發(fā)現(xiàn)自噬受體蛋白CCPG1(參與介導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)選擇性自噬過程)的FIR2基序的磷酸化修飾以及TBK1激酶介導(dǎo)的自噬受體蛋白Optineurin(參與介導(dǎo)蛋白聚集體、入侵病原體、受損線粒體的選擇性自噬過程)的LIR基序區(qū)間的磷酸化修飾會(huì)調(diào)控和增強(qiáng)FIP200 Claw結(jié)構(gòu)域與CCPG1 FIR2或Optineurin LIR的相互作用。隨后，該團(tuán)隊(duì)通過X射線單晶衍射方法首次解析了FIP200 Claw結(jié)合磷酸化的CCPG1 FIR2 (p-CCPG1 FIR2) 和Optineurin LIR （p-Optineurin LIR）的高分辨復(fù)合物結(jié)構(gòu)。與生化結(jié)果一致，相關(guān)的結(jié)構(gòu)分析顯示FIP200 Claw結(jié)構(gòu)域以穩(wěn)定的二聚體存在，并對(duì)稱地結(jié)合兩個(gè)磷酸化的LIR或FIR形成異源四聚體，并且p-CCPG1 FIR2與p-Optineurin LIR中的磷酸化修飾對(duì)增強(qiáng)它們與FIP200 Claw相互作用的機(jī)制是不同的。最后，基于解析的復(fù)合物結(jié)構(gòu)和相關(guān)的生化研究，該團(tuán)隊(duì)首次系統(tǒng)定義了可與FIP200 Claw發(fā)生相互作用的FIR基序的序列模式，并且分析發(fā)現(xiàn)大量自噬受體蛋白的經(jīng)典LIR基序區(qū)間都包含了FIR基序，可發(fā)揮識(shí)別FIP200的功能。同時(shí)，進(jìn)一步的生化實(shí)驗(yàn)揭示了CCPG1 FIR2和Optineurin LIR都可以通過相同的氨基酸殘基競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合FIP200 Claw和ATG8家族蛋白，表明自噬受體蛋白在識(shí)別自噬底物后應(yīng)該先通過結(jié)合FIP200招募ULK復(fù)合物，然后原位介導(dǎo)自噬前體的產(chǎn)生，后續(xù)再通過結(jié)合ATG8家族蛋白來(lái)促進(jìn)自噬前體的延伸和閉合過程。綜上所述，該團(tuán)隊(duì)的研究工作首次揭示了一種普遍的、可受磷酸化調(diào)控的自噬受體蛋白結(jié)合FIP200 Claw結(jié)構(gòu)域來(lái)招募自噬起始ULK復(fù)合物的新機(jī)制，對(duì)進(jìn)一步理解自噬受體蛋白介導(dǎo)的選擇性自噬過程具有重要的指導(dǎo)性意義。
潘李鋒課題組的博士生周子璇為本文的第一作者。上述研究工作得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、上海市科委、中科院和生命有機(jī)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助。
圖 自噬受體蛋白CCPG1和Optineurin通過結(jié)合FIP200招募ULK復(fù)合物的分子機(jī)制
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