應激顆粒調控熱脅迫過程中自噬活性分子機制獲揭示

華南師范大學生命科學學院教授高彩吉團隊同合作者，研究揭示了在熱激條件下，自噬相關蛋白被招募到應激顆粒中，而在熱激解除后，這些蛋白被重新釋放回細胞質，促進了由熱脅迫引起的不可溶性蛋白的降解。2024年12月30日，相關成果發表于《自然-通訊》（Nature Communications）。

應激顆粒調控熱脅迫過程中自噬活性的工作模型。研究團隊供圖

在自然界中，熱脅迫是影響植物生長和發育的重要因素之一。熱脅迫會導致植物細胞內積累大量不可溶性蛋白，嚴重威脅植物的正常生長。植物細胞自噬在此過程中扮演著清除不可溶性蛋白的關鍵角色，其功能的任何突變都可能導致不可溶性蛋白積累，最終引發植物死亡。盡管已有研究表明熱激后自噬相關蛋白的基因表達水平顯著上調，但自噬蛋白在亞細胞水平上的調控機制尚不明確。

研究團隊前期揭示了短時間高溫（45℃，5分鐘）后，自噬相關蛋白8（ATG8）聚集到了囊泡狀的順式高爾基體上，進而介導了熱脅迫后的高爾基體的損傷修復。為了進一步全面了解核心的自噬相關蛋白在熱激過程中的動態變化，團隊對不同的自噬相關蛋白穩定轉基因植物進行了熱脅迫處理（38℃，60分鐘），發現自噬上游蛋白，如ATG1/13復合物（ATG1a，ATG13a）、PI3K復合物（ATG6，VPS34）、ATG12-ATG5類泛素化系統，在熱激條件下形成了大量的點狀信號。進一步的實驗顯示，這些自噬蛋白與熱脅迫產生的非膜細胞器—應激顆粒共定位，而非與膜包被的細胞器共定位。

通過生化和細胞生物學手段，研究團隊驗證了自噬相關蛋白在熱激下特異性地招募到應激顆粒，并在熱恢復階段隨著應激顆粒的解聚而回到細胞質中。此外，通過CRISPR-Cas9技術獲得的ubp1abc三突變體顯示，應激顆粒的數量顯著降低，在熱脅迫后自噬體的形成時間顯著延遲，表明應激顆粒在調控熱脅迫過程中自噬活性中發揮了重要作用。生化分析進一步發現，在ubp1abc突變體中積累了過量泛素化不可溶蛋白。

該研究結合生物化學以及細胞生物學等分析手段，揭示了植物應激顆粒在熱脅迫下調控自噬活性的分子機制，揭示了全新的植物應激顆粒的功能并進一步拓寬了熱脅迫中自噬活性調控的分子機理。

上述研究得到國家自然科學基金面上項目和青年項目、“十四五”廣東省農業科技創新十大主攻方向揭榜掛帥項目、廣東省自然科學基金面上項目和杰出青年項目、香港研究資助局基金項目等支持。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-55292-w