吲哚萜是一大類具有吲哚和萜類雜合結(jié)構(gòu)的天然產(chǎn)物。Hapalindole家族天然產(chǎn)物是一類從海洋藍(lán)藻中發(fā)現(xiàn)的吲哚萜，其化學(xué)合成和生物合成備受關(guān)注。中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生命過程小分子調(diào)控全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李昂課題組前期利用Prins環(huán)化策略，實(shí)現(xiàn)了該家族多個(gè)成員和系列類似物的合成 (Angew. Chem. Int. Ed.2014,?53, 13840)。然而，該類天然產(chǎn)物的生物學(xué)功能和作用機(jī)制仍然知之甚少。最近，該課題組與華東理工大學(xué)何薇薇課題組合作，發(fā)現(xiàn)該家族代表性成員hapalindole Q是一個(gè)機(jī)制獨(dú)特的自噬后期抑制劑，并揭示其通過降解YAP1干擾自噬體與溶酶體融合的作用機(jī)制 (Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.2024,121, e2400809121)。
自噬是真核細(xì)胞中一種重要的分解代謝過程，主要作用是清除冗余或異常的細(xì)胞成分，同時(shí)回收細(xì)胞內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)，以維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，使其適應(yīng)環(huán)境變化。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，自噬主要有三種類型：巨自噬?(macroautophagy)、微自噬 (microautophagy) 和分子伴侶介導(dǎo)的自噬 (chaperone-mediated autophagy, CMA)。自噬功能異常與癌癥、神經(jīng)退行性疾病、心血管疾病、代謝性疾病等多種疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。因此，精確調(diào)控自噬有望成為針對這些疾病的一種治療策略。目前，小分子自噬抑制劑大多通過干擾自噬起始過程或者破壞溶酶體活性發(fā)揮作用，具有新穎機(jī)制的自噬抑制劑仍需進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)。
在對hapalindole類天然產(chǎn)物生物學(xué)功能的探索中，合作團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)hapalindole Q在肝細(xì)胞癌Hep G2細(xì)胞中顯著上調(diào)自噬標(biāo)志蛋白LC3B。通過將該化合物與自噬誘導(dǎo)劑雷帕霉素或自噬抑制劑氯喹聯(lián)用，初步判定其為自噬后期抑制劑。利用mCherry?eGFP?LC3B雙熒光指示體系，觀察到hapalindole Q導(dǎo)致自噬體累積和自噬溶酶體減少，進(jìn)一步驗(yàn)證了該化合物的對自噬后期過程的抑制效應(yīng)。與常見的自噬后期抑制劑 (如巴佛洛霉素A1) 不同，hapalindole Q不影響溶酶體酸度和關(guān)鍵蛋白酶活性，因此可能影響自噬體與溶酶體的融合過程。鑒于Hippo信號通路在融合過程中的調(diào)控作用，合作團(tuán)隊(duì)檢測了hapalindole Q該通路效應(yīng)蛋白YAP1的影響，發(fā)現(xiàn)該化合物顯著下調(diào)YAP1，進(jìn)一步確認(rèn)此下調(diào)是通過溶酶體途徑，而不是常見的泛素–蛋白酶體途徑介導(dǎo)的降解。利用siRNA敲低分子伴侶蛋白HSC70或溶酶體表面受體LAMP2A，顯著減弱了hapalindole Q下調(diào)YAP1的效果，表明該化合物通過CMA降解YAP1。過表達(dá)YAP1能夠抵消該hapalindole Q的自噬抑制作用，證實(shí)該化合物通過降解YAP1影響自噬體與溶酶體融合。該化合物還被發(fā)現(xiàn)干擾融合過程關(guān)鍵蛋白Rab7在細(xì)胞內(nèi)的正常分布。隨后，合作團(tuán)隊(duì)利用細(xì)胞熱遷移和生物膜干涉兩種技術(shù)，確證hapalindole Q能夠直接結(jié)合YAP1，且天然對映體的結(jié)合力強(qiáng)于非天然對映體。初步的構(gòu)效關(guān)系研究表明，hapalindole的基本骨架對結(jié)合至關(guān)重要，而異硫氰酸酯基團(tuán)則非必需。
此項(xiàng)研究不僅鑒定了一種機(jī)制新穎的巨自噬抑制劑，還揭示了YAP1在細(xì)胞質(zhì)中調(diào)控自噬體與溶酶體融合的功能，并為直接靶向柔性蛋白YAP1提供了一類新型分子骨架，有望推動(dòng)自噬相關(guān)疾病及Hippo–YAP相關(guān)疾病的先導(dǎo)化合物發(fā)現(xiàn)。從更廣闊的角度來看，這項(xiàng)工作強(qiáng)調(diào)了深入機(jī)理表征在發(fā)掘天然產(chǎn)物的生物學(xué)功能潛力中的重要性。
華東理工大學(xué)研究生吳亞麗和王少男、上海有機(jī)所研究生郭志聰、華東理工大學(xué)研究生孫敏為相關(guān)論文的共同第一作者。中國科學(xué)院生物與化學(xué)交叉研究中心劉聰課題組在研究中提供了重要幫助。此項(xiàng)研究受到了國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院、上海市科委等機(jī)構(gòu)的資助。李昂研究員獲得了新基石科學(xué)基金會(huì)科學(xué)探索獎(jiǎng)的支持。
圖.天然產(chǎn)物hapalindole Q的作用機(jī)制示意圖。該化合物與YAP1結(jié)合，并誘導(dǎo)其通過分子伴侶介導(dǎo)自噬發(fā)生非經(jīng)典降解。這一過程影響了自噬體與溶酶體融合，從而抑制了巨自噬。
論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/epdf/10.1073/pnas.2400809121
中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所李昂課題組主要從事天然產(chǎn)物的化學(xué)合成和作用機(jī)制研究。現(xiàn)招聘細(xì)胞生物學(xué)背景博士后1名，開展天然產(chǎn)物靶點(diǎn)識別和機(jī)制解析工作，待遇從優(yōu)。詳見鏈接：
http://qdswbaoan.com/team/zp/bsh/202407/t20240715_7219356.html。
附件下載：
