张宏课题组揭示内质网塑形蛋白ATL2/3调控介导自噬起始的ULK1复合体的组装

自噬（autophagy）是真核细胞中一种由溶酶体介导的降解途径。自噬通过形成自噬体包裹部分胞质组分，如受损的细胞器、错误折叠的蛋白等物质，并将其运送到溶酶体进行降解以回收利用。自噬体形成的核心步骤包括：隔离膜的形成、隔离膜的扩张与延伸以及自噬体的闭合。细胞自噬对于维持细胞稳态、抵御各种应激具有非常重要的作用【1-3】。

内质网在多细胞生物的自噬过程中发挥着非常重要的功能：当细胞感受到应激刺激等自噬诱导信号时，参与自噬体形成的ULK1复合体首先被招募到内质网上，形成自噬起始位点，进而招募下游的自噬蛋白，共同诱导隔离膜的形成；在隔离膜的延伸过程中，ULK1复合体与WIPI2蛋白相互作用，介导隔离膜与内质网之间的膜接触的形成，为自噬体形成提供脂分子的来源。哺乳动物细胞中，ULK1复合体主要包括FIP200、ULK1、ATG13和ATG101蛋白，这四个蛋白相互作用，动态地结合在一起【4】。目前 ULK1复合体在内质网上的动态组装机制尚不清楚。

2021年5月14日，中国科学院生物物理研究所张宏课题组在Journal of Cell Biology杂志在线发表题为Atlastin 2/3 regulate ER targeting of the ULK1 complex to initiate autophagy 的研究论文，该文揭示了ATL2/3与ULK1复合体直接相互作用，促进其在内质网上组装，从而介导自噬体的形成。

内质网塑形蛋白Atlastin是一类dynamin超家族蛋白，该家族由ATL1、ATL2和ATL3组成，负责调控内质网的融合，ATLs的缺失会造成内质网形态的改变【5】。为了研究ATL2/3是否在自噬通路中发挥作用，项目组检测了ATL2/3双敲细胞中的自噬活性。自噬诱导后，细胞质中弥散分布的LC3I经过脂化作用，以LC3II的形式偶联到自噬体膜上。在ATL2/3双敲细胞中，LC3II/LC3I比例明显降低，脂化过程减慢。同时，自噬底物p62明显累积，自噬体形成减少，表明敲除ATL2/3抑制自噬的活性。

研究发现，跟对照细胞相比，在ATL2/3双敲细胞中，FIP200和ATG13的内质网招募没有明显改变，但ULK1与ATG101的招募显著减少。ATG13-ULK1及ATG13-ATG101之间的相互作用明显减弱。进一步研究表明ATL2/3帮助ATG13招募ULK1与ATG101。该研究还发现在ATL2/3双敲细胞中，WIPI2和ULK1及FIP200之间的相互作用减弱。电镜结果表明自噬体/隔离膜与内质网的膜接触也明显减少，说明敲除ATL2/3抑制内质网与隔离膜接触的形成。

这项研究揭示了内质网蛋白ATL2/3调控自噬的分子机制。ATL2/3与ATG13和ULK1相互作用，促进ULK1复合体在内质网上的招募及动态组装，并参与内质网-隔离膜接触的形成。该工作揭示了自噬体形成过程中，ULK1复合体在内质网上动态组装的分子机制。

中国科学院生物物理研究所张宏研究员和胡俊杰研究员为本文的共同通讯作者，生物物理所博士生刘楠为本文的第一作者。

原文链接：

https://doi.org/10.1083/jcb.202012091

制版人：十一

参考文献

1. Feng, Y., D. He, Z. Yao, and D.J. Klionsky. 2014. The machinery of macroautophagy. Cell Res. 24:24–41.

2. Mizushima, N., T. Yoshimori, and Y. Ohsumi. 2011. The role of Atg proteins in  autophagosome formation. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 27:107–132.

3. Nakatogawa, H., K. Suzuki, Y. Kamada, and Y. Ohsumi. 2009. Dynamics and  diversity in autophagy mechanisms: lessons from yeast.  Nat. Rev. Mol. Cell Biol.  10:458–467.

4. Shi, X., A.L. Yokom, C. Wang, L.N. Young, R.J. Youle, and J.H. Hurley. 2020. ULK complex organization in autophagy by a C-shaped FIP200 N-terminal domain dimer. J. Cell Biol. 219:e201911047.

5. Hu, J., Y. Shibata, P.P. Zhu, C. Voss, N. Rismanchi, W.A. Prinz, T.A. Rapoport,  and C. Blackstone. 2009. A class of dynamin-like GTPases involved in the generation of the tubular ER network. Cell. 138:549–561.

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