Cell | 组装细胞内“垃圾袋”(自噬小体)第一步:HyPAS形成

自噬是细胞质质量控制和细胞代谢的基本生物学过程,在癌症、感染、代谢疾病、衰老以及神经退行性疾病中都有参与【1,2】,但自噬小体的形成生物学过程仍然未被完全揭开。细胞在饥饿情况下会诱导自噬信号通路,促进自噬小体也就是细胞内的“垃圾袋”的形成。该信号通路中包括FIP200复合体与膜相关的Atg蛋白等参与其中发挥作用。自噬小体被认为可能是来源于多种已有的膜结构【3】,然后经历自噬小体的扩大、货物包裹进入自噬小体以及与溶酶体的融合最终将货物进行降解。

自噬研究的一个关键领域是蛋白复合物与膜的整合从而形成自噬小体并促进自噬小体的扩展,为了全面揭开这一问题的答案,近日,美国新墨西哥大学健康科学中心Vojo Deretic研究组发文题为Mammalian hybrid pre-autophagosomal structure HyPAS generates autophagosomes发现了哺乳动物细胞中自噬小体形成初始阶段混合预自噬小体结构HyPAS(Hybrid pre-autophagosomal structure)形成的具体分子机制,同时还发现新冠病毒SARS-CoV-2对于HyPAS结构形成的影响,为新冠病毒的感染机制提供了新的思考。

Cell | 组装细胞内“垃圾袋”(自噬小体)第一步:HyPAS形成

为了对自噬小体最初的形成过程进行刻画,作者们首先对FIP200以及ATG16L的定位在细胞饥饿的条件下进行了检测,作者们发现两者之间在多种细胞系的自噬小体存在共定位。完全培养基条件下,FIP200主要定位的核周围高尔基体上,与顺式高尔基体的标记物GM130共定位;但在饥饿情况下,FIP200+GM130+共定位点的丰度没有增加,而是从高尔基体核周围的位置分散。除此之外,作者们通过相关光电子显微镜以及电镜等技术对ATG16L1的定位与FIP200的定位进行了确认,作者们确认的顺式高尔基体起源的FIP200与质膜起源的ATG16L1形成的胞内体会在自噬过程中逐渐融合。

那么自噬小体形成的最初阶段是如何被调控的呢?作者们将目光集中在了STX17。STX17是一个SNARE蛋白,最开始被认为在自噬小体与溶酶体融合过程中发挥作用,但是也有研究表明STX17与ATG14L之间存在相互作用,可能会在自噬小体起始的初始阶段发挥关键功能【4】。为了对STX17的功能进行鉴定,作者们构建了STX17敲除品系,发现STX17对于FIP200以及ATG16L1组分的融合是必须的;而STX17的过表达品系则会增加自噬小体的诱导。该结果表明STX17的确是一个参与到自噬小体形成阶段的SNERE蛋白。

进一步地,为了确认FIP200与ATG16L1之间的融合是膜融合的步骤,作者们引入了体外膜融合的实验系统(in vitro membrane fusion)【5】。如果两个膜组分可以的相互融合,其中的蛋白会发生混合,从而进行的生物素的临近标记。通过该实验系统,作者们确认FIP200与ATG16L1之间会在自噬过程中会经历膜融合的阶段。随后,作者们对自噬信号通路中其他步骤的蛋白与自噬小体最初形成之间的关系进行检测。作者们发现HyPAS的形成并不依赖于ATG8s蛋白。

FIP200-ATG16L1之间形成复合体依赖于STX17,那么具体的分子机制是如何的呢?先前的研究通过对STDX17的蛋白质组学分析,鉴定发现了两个STX17的相互作用因子VAMP7以及VAMP8 R-SNARE蛋白。通过体外膜融合系统实验,作者们确认VAMP7对于FIP200+与ATG16L1+前体膜融合形成自噬小体的过程具有促进作用。先前的研究表明,STX17会被TBK1磷酸化,这对于预自噬小体的结构形成非常关键【6】。通过对STX17磷酸化位点的突变以及TBK1的敲除实验,作者们证明了STX17的磷酸化以及TBK1激酶对于HyPAS形成过程中STX17与R-SNARE因子的相互作用非常关键。通过进一步挖掘STX17的质谱结果,其中一个内质网膜上钙离子泵蛋白SERCA2引起了作者们的兴趣。作者们发现内源SERCA2与STX17存在相互作用,而且两者之间的相互作用受到Ca2+的影响。另外,E-SYT2也被发现是STX17的相互作用因子,E-SYT2是内质网膜上ESYT蛋白家族中与Ca2+结合在质膜上相关。E-SYT2与HyPAS存在共定位,而失活型的E-SYT2会阻止HyPAS的形成。另外,内质网上与STX17相互作用的因子还有SIGMAR1,该因子形成三聚体或者招募其他因子促进HyPAS的形成。进一步地,作者们对HyPAS的形成对运送的货物蛋白的影响进行检测,确认HyPAS对于多种货物蛋白的自噬过程都非常重要。

有研究表明,自噬过程与冠状病毒存在关联【7-9】。因此,作者们好奇HyPAS的形成是否会在SARS-CoV-2感染过程中发生变化。作者们发现SARS-CoV-2的感染会抑制HyPAS的形成,其中的Nsp6会使得自噬小体变得更小,而且作者们还发现HyPAS的调节因子TBK1正是SARS-CoV-2 NSP6的靶标。因此,SARS-CoV-2 Nsp6会干扰的HyPAS阶段自噬小体的形成。

总的来说,该工作鉴定发现了自噬小体混合预结构HyPAS形成过程中的关键步骤(图1),HyPAS的形成依赖于SNARE家族中的STX17蛋白,同时需要E-SYT2、SIGMAR1以及SERCA2等相互作用因子。另外,作者们还发现SARS-CoV-2的Nsp6会抑制HyPAS的形成,为新冠病毒的治疗手段的开发提供了新的思考。

Cell | 组装细胞内“垃圾袋”(自噬小体)第一步:HyPAS形成

图1 工作模型

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.10.017

这些可能会帮助到你: 问答社区 | 下载说明 | 在线留言

欢迎入群交流:生信分析群: 732179952 · Meta分析群: 797345521 · 医学科研交流群: 797345521

(8)
打赏 微信扫一扫 微信扫一扫
上一篇 2021年12月16日 下午9:34
声明 本站部分文章源于互联网,我们出于交流学习之目的进行转载,但并不保证内容正确或赞同其观点,也不构成任何学术建议。
如遇转载文章涉及侵权、观点错误以及内容失效等问题,请立即联系管理员(联系方式),我们会予以修改、删除相关文章。
Notice: When your legal rights are violated or have other questions, please contact us and we will deal with it in time.

相关推荐

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。

联系我们

联系我们

US:(857)626-2666

在线咨询: QQ交谈

邮件:邮箱

工作时间:9:30-18:30(美东时间)

微信公众号
微信公众号
分享本页
返回顶部