近日，上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院謝志平研究員團(tuán)隊(duì)在Cell Death & Differentiation雜志上在線發(fā)表了題為Temporal dissection of the roles of Atg4 and ESCRT in autophagosome formation in yeast的研究論文。本研究發(fā)現(xiàn)Atg4催化自噬體膜上Atg8的解離構(gòu)成自噬體膜閉合的新通路，與ESCRT的晚期作用平行；ESCRT對(duì)自噬體的形成存在雙階段雙重調(diào)控，在形成早期通過控制PI3K復(fù)合體的招募而調(diào)控自噬體形成的起始頻次。
細(xì)胞自噬（autophagy）是真核細(xì)胞里依賴于溶酶體/液泡（lysosome/vacuole）的亞細(xì)胞降解途徑。細(xì)胞自噬是細(xì)胞維持健康所必需的，其活性異常與很多疾病的發(fā)生發(fā)展有密切關(guān)系。自噬體（autophagosome）的形成是宏自噬過程的核心步驟。對(duì)于自噬體形成的早期階段，即在一些核心自噬蛋白的共同作用下自噬體前期膜囊經(jīng)歷擴(kuò)展和形變、同時(shí)包裹待降解底物的過程，已經(jīng)有較多的研究結(jié)果；而自噬體形成的晚期階段，主要包括自噬體外膜上核心自噬蛋白的解離和自噬體膜的閉合這兩個(gè)過程，對(duì)它們的生物學(xué)功能以及調(diào)控還很不清楚。
本研究通過活細(xì)胞成像觀察，蛋白酶敏感性檢測實(shí)驗(yàn)，以及體外重構(gòu)，證實(shí)了自噬體膜上Atg8解離過程可以促進(jìn)自噬體膜的閉合。進(jìn)一步比較它與已知調(diào)控自噬體膜閉合因子ESCRT在此過程中的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)二者是平行發(fā)揮功能的。說明Atg8是一種新的調(diào)控膜閉合通路。此外，通過活細(xì)胞連續(xù)拍攝觀察的方法來檢測ESCRT突變對(duì)自噬體形成過程的影響，發(fā)現(xiàn)ESCRT可能通過Atg9的運(yùn)輸來影響PI3K復(fù)合體的組裝，在ESCRT缺失細(xì)胞里PI3K復(fù)合體的組裝頻率減半。說明ESCRT也參與了自噬體形成過程的早期階段。如圖1所示。
圖1. Atg8解離過程和ESCRT調(diào)控自噬體形成的示意圖
膜閉合是細(xì)胞生物學(xué)中普遍存在的膜動(dòng)態(tài)過程。長期以來，膜閉合研究對(duì)ESCRT關(guān)注較多。該研究發(fā)現(xiàn)Atg4-Atg8系統(tǒng)獨(dú)立于ESCRT促進(jìn)膜閉合，為理解膜閉合的基本規(guī)律提供了新的角度。Atg4-Atg8體系、ESCRT在自噬中均發(fā)揮不止一種功能。該研究通過動(dòng)態(tài)觀察分解Atg4-Atg8體系、ESCRT的多種功能，同樣思路也可用于其他多功能蛋白多重功能的研究。
上海交通大學(xué)謝志平研究員為本文的通訊作者，上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士后李輝、已畢業(yè)博士研究生宋敬臻和何承文為本文的共同第一作者。上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士生張正坦、周游、李鑫靖和碩士生謝孟希也參加了該研究。特別感謝上海交通大學(xué)龔清秋博士在本研究的過程中給予的幫助。
本研究獲得了國家自然科學(xué)基金、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)的資助。
原文鏈接：doi: https://doi.org/10.1038/s41418-024-01438-8
本期編輯：Double
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