中國(guó)科大合作研究Nature子刊報(bào)道細(xì)胞自噬的強(qiáng)效及特異性抑制短肽
近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心王朝研究員課題組與香港科技大學(xué)張明杰院士課題組、中國(guó)科學(xué)院生物物理所張宏研究員課題組合作，首次發(fā)現(xiàn)了針對(duì)細(xì)胞自噬過(guò)程中Atg8家族成員的強(qiáng)效及特異性抑制短肽，并揭示其作用的分子機(jī)制，為細(xì)胞自噬領(lǐng)域的深入研究提供了強(qiáng)有力的研究工具。該研究成果以“Potent and specific Atg8-targeting autophagy inhibitory peptides from giant ankyrins”為題，于6月4日在線(xiàn)發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)權(quán)威期刊《自然•化學(xué)生物學(xué)》（Nature Chemical Biology）上。
細(xì)胞自噬是真核細(xì)胞內(nèi)進(jìn)化高度保守并且受到精密調(diào)控的物質(zhì)分解代謝過(guò)程，在維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和幫助細(xì)胞應(yīng)激多種壓力等眾多生理過(guò)程中發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用。因此，細(xì)胞自噬的功能失調(diào)與包括癌癥、神經(jīng)退行性疾病及代謝疾病等很多人類(lèi)重大疾病息息相關(guān)。Atg8家族蛋白是細(xì)胞自噬過(guò)程中重要的適配器蛋白，廣泛分布于自噬體的內(nèi)外膜上，參與了細(xì)胞自噬過(guò)程中的許多關(guān)鍵步驟，在自噬體的形成、延伸、閉合及成熟，招募降解底物及自噬囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)中都發(fā)揮著重要的作用。人類(lèi)等哺乳動(dòng)物的Atg8家族成員可以分為GABARAP亞家族（包含GABARAP、GABARAPL1、GABARAPL2）與LC3亞家族（包含LC3A、LC3B、LC3C）。之前的研究表明，Atg8的結(jié)合蛋白含有一個(gè)LC3相互作用區(qū)域（LIR）的核心模式序列，但通常相互作用能力并不強(qiáng)。由于Atg8家族成員蛋白在序列上高度相似、功能上也有一定重合，因此在研究自噬過(guò)程中如何區(qū)分各個(gè)亞家族成員的特定功能一直是個(gè)難點(diǎn)。
在本項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)在研究神經(jīng)系統(tǒng)重要支架蛋白ankyrin家族蛋白時(shí)，意外的發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元中特異性表達(dá)的480kD ankyrin-G蛋白中含有能夠極強(qiáng)的結(jié)合GABARAP蛋白的短肽，而其與LC3A蛋白的結(jié)合能力則較弱。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步的研究又發(fā)現(xiàn)，440kD ankyrin-B蛋白中的結(jié)合短肽能夠同時(shí)極強(qiáng)的結(jié)合所有的Atg8家族成員。在這些生化實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)解析了多組GABARAP/LC3與ankyrin-G/B的高分辨率復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的闡釋了ankyrin與Atg8家族蛋白相互結(jié)合的分子基礎(chǔ)，并首次鑒定了在LIR核心結(jié)合序列之外，還存在一段被稱(chēng)為“C-helix”的延伸片段，能極大的幫助ankyrin結(jié)合Atg8成員。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)又通過(guò)定點(diǎn)突變獲得了更高選擇特異性的結(jié)合短肽，從而可以選擇性的抑制不同Atg8亞家族介導(dǎo)的細(xì)胞自噬過(guò)程。接下來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)從細(xì)胞層面和活體動(dòng)物層面對(duì)這一細(xì)胞自噬抑制過(guò)程進(jìn)行了深度解析，利用誘導(dǎo)Cos7細(xì)胞系和模式生物線(xiàn)蟲(chóng)體內(nèi)細(xì)胞自噬產(chǎn)生，轉(zhuǎn)入不同的抑制性短肽等手段，研究細(xì)胞自噬狀態(tài)及自噬流的變化，從而解析ankyrin蛋白短肽通過(guò)靶標(biāo)Atg8蛋白對(duì)細(xì)胞自噬過(guò)程的影響。
本項(xiàng)研究綜合了生物化學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)及模式生物線(xiàn)蟲(chóng)體內(nèi)研究等多種手段，闡述了從支架蛋白ankyrin中鑒定出的短肽結(jié)合Atg8家族成員的生化和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，表明這些可以進(jìn)行遺傳編碼的短肽能夠在時(shí)間及空間等多尺度抑制細(xì)胞自噬過(guò)程，為細(xì)胞自噬領(lǐng)域的深入研究提供有效的研究工具，并為發(fā)展治療細(xì)胞自噬相關(guān)疾病的方法提供新的思路。
張明杰院士、王朝研究員和張宏研究員為本項(xiàng)研究的共同通訊作者。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委和科技部等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41589-018-0082-8
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