細胞自噬（autophagy）是真核細胞內(nèi)一種必不可少且高度受調(diào)控的，利用溶酶體來清除大型蛋白聚集體、受損細胞器、入侵病原體等成分以應(yīng)對內(nèi)外界細胞壓力和維持細胞動態(tài)平衡的重要分解代謝過程。細胞自噬在細胞生長、胚胎發(fā)育、天然免疫等眾多生理過程中扮演著重要的角色。Myosin VI是真核細胞內(nèi)唯一一個沿著微絲反向運輸（從微絲正端向負端運輸）的非經(jīng)典的肌球蛋白分子馬達，在細胞自噬和內(nèi)吞途徑等眾多的細胞過程中扮演著重要的角色，其功能的缺失或異常與大量的人類疾病相關(guān)聯(lián)，例如肥厚性心肌病、宮頸癌、前列腺癌癥、耳聾、腦星形膠質(zhì)細胞增多癥等。在自噬過程中，Myosin VI可以通過結(jié)合內(nèi)吞體相關(guān)蛋白Tom1以及自噬受體蛋白TAX1BP1、NDP52和Optineurin，介導(dǎo)內(nèi)吞體和自噬體的融合，并促進自噬體的成熟。然而，由于缺乏詳細的結(jié)構(gòu)信息，Myosin VI如何精準地識別Tom1，兩者的結(jié)合模式又是怎樣？Myosin VI是怎樣通過與Tom1以及自噬受體蛋白的結(jié)合從而促進自噬體和內(nèi)吞體的融合？這些問題目前還尚不清楚。
近期，中科院上海有機化學(xué)研究所生命有機化學(xué)國家重點實驗室潘李鋒研究組在國際期刊Nature Communications發(fā)表了題為“Structure of Myosin VI/Tom1 complex reveals a cargo recognition mode of Myosin VI for tethering”的研究論文(https://www.nature.com/articles/s41467-019-11481-6)。首次報道了Myosin VI羧基末端CBD結(jié)構(gòu)域和Tom1 MBM（Myosin VI binding motif）的復(fù)合物的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)，揭示了Myosin VI和Tom1之間獨特的結(jié)合模式，并完善了Myosin VI協(xié)同Tom1，泛素蛋白和自噬受體蛋白TAX1BP1、 NDP52或Optineurin來介導(dǎo)內(nèi)吞體和自噬體的融合，進而促進自噬體成熟的分子機制。
在該研究中，團隊成員首先開展了大量的生化實驗，確認了Tom1和Myosin VI羧基末端CBD結(jié)構(gòu)域發(fā)生相互作用的結(jié)合區(qū)域，然后成功地獲得了Myosin VI的羧基末端CBD結(jié)構(gòu)域結(jié)合Tom1的復(fù)合物的高分辨晶體結(jié)構(gòu)。與生化實驗結(jié)果相一致，在解析的晶體結(jié)構(gòu)中Myosin VI和Tom1采取了1：1化學(xué)計量比的結(jié)合模式。由于Myosin VI羧基末端CBD結(jié)構(gòu)域過去還被報道可以結(jié)合Dab2，而Dab2的結(jié)合會誘導(dǎo)Myosin VI形成二聚體，從而發(fā)揮其行走的功能。通過詳細比較Myosin VI/Tom1和Myosin VI/Dab2的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，并結(jié)合相關(guān)的NMR和ITC實驗，進一步證實Tom1的結(jié)合不會誘導(dǎo)Myosin VI發(fā)生二聚或寡聚。因此，不同于目前已知的貨物結(jié)合誘導(dǎo)Myosin VI形成二聚體或寡聚體，從而發(fā)揮Myosin VI連續(xù)行走功能的結(jié)合模式，該研究解析的Myosin VI/Tom1的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)揭示了Myosin VI一種新的貨物結(jié)合模式：貨物結(jié)合后Myosin VI仍然以單體形式存在，從而發(fā)揮其錨定和捆綁的功能。
接著，該團隊通過NMR實驗證實緊鄰羧基末端CBD結(jié)構(gòu)域的Myosin VI的RRL模序區(qū)域可以識別自噬受體蛋白TAX1BP1、NDP52和Optineurin，但三者結(jié)合Myosin VI的模式不完全一致。進一步的免疫共沉淀實驗表明， Myosin VI可以作為橋聯(lián)蛋白，同時與Tom1和這些自噬受體蛋白發(fā)生相互作用，并形成三元復(fù)合物。有趣的是，雖然細胞內(nèi)實驗?zāi)軝z測到Myosin VI和自噬受體蛋白的結(jié)合，但各類體外實驗都表明，兩者結(jié)合的親合力非常弱，無法形成穩(wěn)定的復(fù)合物。后續(xù)的體外研究表明在Myosin VI/Tom1/自噬受體蛋白三元體系中加入多聚泛素鏈蛋白后，通過分析型凝膠色譜層析可以分離得到穩(wěn)定的Myosin VI/Tom1/自噬受體蛋白/多聚泛素鏈的四元復(fù)合物。這表明泛素鏈可以進一步促進和穩(wěn)定Myosin VI/Tom1/自噬受體蛋白復(fù)合物的形成，從而利于后續(xù)內(nèi)吞體和自噬體的融合過程。綜上所述，最后該研究描繪出Myosin VI協(xié)同Tom1，相關(guān)泛素鏈和自噬受體蛋白來介導(dǎo)內(nèi)吞體和自噬體的融合，進而促進自噬體成熟的機制模型圖。
潘李鋒課題組的胡世塵博士為本文的第一作者，上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金委，科技部，中科院和生命有機化學(xué)國家重點實驗室的資助。
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