上海有機所在自噬相關蛋白WIPI2b結合ATG16L1的分子機制方面取得新進展
細胞自噬（autophagy）是真核細胞內(nèi)一種高度保守的分解代謝過程。細胞通過細胞自噬不僅可以回收利用各種基本的生命物質(zhì)，同時也可以清除入侵病原體、受損線粒體等有害物質(zhì)。因此，細胞自噬在眾多的生理過程中扮演著重要角色。與此同時，眾多的人類疾病均與細胞自噬的功能異常密切相關，比如癌癥、神經(jīng)退行性疾病等。在經(jīng)典的巨自噬（macroautophagy）過程中，細胞通過吞噬泡（phagophore）的引發(fā)、延伸進而形成自噬體（autophagosome）來包裹細胞內(nèi)待降解的自噬底物，比如糖原、蛋白聚集物、受損細胞器和入侵病原體等。在吞噬泡的引發(fā)和延伸階段，WIPI2b蛋白招募并激活ATG12~ATG5-ATG16L1復合物，使其發(fā)揮類E3酶的活性，實現(xiàn)對ATG8家族蛋白的脂質(zhì)化修飾，進而促進吞噬泡的延伸和自噬體的形成過程。然而，其中WIPI2b蛋白招募ATG16L1復合物——這一關鍵自噬步驟的具體分子機制仍不清楚。
近期，中科院上海有機化學研究所生命有機化學國家重點實驗室的潘李鋒研究組在《Science Advances》雜志發(fā)表了題為“ATG16L1 adopts a dual–binding site mode to interact with WIPI2b in autophagy”的研究論文（https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf0824）。在該項研究中，其團隊成員綜合運用等溫滴定量熱技術、快速蛋白液相色譜和多角度光散射等多種生化表征手段，首次發(fā)現(xiàn)除了已經(jīng)報道的WIPI2b結合位點（WBS1）外，ATG16L1的卷曲螺旋結構域上還存在另一個全新的WIPI2b結合位點（WBS2）。進一步通過解析WIPI2b分別與ATG16L1的WBS1和WBS2的2個高分辨率的復合物晶體結構，該團隊詳細揭示了WIPI2b招募ATG16L1復合物的分子機制和參與招募的關鍵氨基酸殘基。有趣的是，盡管ATG16L1的WBS1和WBS2競爭結合WIPI2b的同一個口袋，但是根據(jù)結構建模的結果，ATG16L1與WIPI2b能以2:4的化學劑量比形成復合物。值得注意的是，ATG16L1的WBS1位點只存在于哺乳動物中，而WBS2在酵母和哺乳動物中都很保守。為了進一步明確WBS2位點的自噬功能，該團隊利用CRISPR-Cas9系統(tǒng)在HeLa細胞系中成功敲除了ATG16L1基因，并設計回補了ATG16L1突變體D164R（破壞WBS2位點）、L224Q（破壞WBS1微單）、DRLQ（同時破壞WBS1和WBS2位點）和野生型的ATG16L1。后續(xù)通過檢測p62的降解程度以及LC3B的脂質(zhì)化修飾程度，該團隊發(fā)現(xiàn)ATG16L1的WBS2位點對于自噬的正常進行是不可或缺的，而ATG16L1的WBS1位點則起到進一步促進自噬流的作用?？傊?，本項研究工作對核心自噬蛋白WIPI2b和ATG16L1之間的相互作用進行了詳盡的生化和結構表征，首次揭示了ATG16L1以雙結合位點模式結合WIPI2b的分子機制，并通過相關的細胞功能實驗驗證了ATG16L1和WIPI2b的雙位點結合模式在經(jīng)典自噬過程中的重要作用，為進一步理解巨自噬過程的分子機制奠定了基礎。
圖1. WIPI2b結合ATG16L1的分子機制
潘李鋒課題組已畢業(yè)的博士生龔新宇為本文的第一作者。上述研究工作得到國家自然科學基金委、科技部、上海市科委、中科院和生命有機化學國家重點實驗室的資助。
附件下載：
