生物物理所闡述自噬小體成熟的調控機制

　　中國科學院生物物理研究所張宏實驗室于11月24日在Nature Cell Biology 雜志上在線發表文章，闡述O-GlcNAc糖基化修飾SNAP-29并調控自噬小體的成熟。

　　細胞自噬是一個基于溶酶體的胞內降解過程。當細胞處于饑餓狀態或各種應激條件下，細胞自噬將被激活，胞內組分被自噬小體運輸到溶酶體進行降解，從而提供特殊環境下細胞生存所需要的營養和能量。細胞自噬過程受到胞內和胞外因素的精密調控。細胞自噬的調控大致可以分為三個水平：第一，自噬起始的調控。多種信號轉導通路參與調節自噬的起始，如AMPK信號通路﹑mTOR信號通路﹑Ras/PKA信號通路等等；第二，自噬小體形成的調控。細胞自噬小體形成過程中，ClassIII PI3K-BECLIN1復合體發揮重要作用。第三，細胞自噬小體成熟的調控。雙層膜結構的自噬小體形成之后，需要通過內含體和溶酶體融合，最終形成自噬溶酶體從而將底物降解。該過程稱為自噬小體的成熟。但是到目前為止，關于自噬小體成熟的調控機制知之甚少。

　　張宏實驗室之前的遺傳篩選研究發現了一個多細胞生物特異的細胞自噬基因epg-5/EPG5。在epg-5突變體中，細胞自噬結構大量累積。為了獲得可能參與調節自噬小體成熟的相關基因，張宏實驗室的研究人員進行了epg-5突變體的抑制子篩選。其中有一個突變體為bp815，遺傳克隆發現它是ogt-1的一個等位基因。ogt-1編碼哺乳動物細胞O-GlcNAc轉移酶OGT的同源物。進一步研究證明線蟲ogt-1的突變可以提高細胞自噬活性，從而促進蛋白聚集體的降解。哺乳動物細胞中，OGT敲減后可以顯著促進細胞自噬降解過程。OGT功能缺失可以促進細胞自噬小體和內含體以及溶酶體的融合過程。進一步的體內和體外實驗研究發現，參與細胞自噬小體成熟的SNAREs復合體組分之一的SNAP-29可以被OGT介導的O-GlcNAc糖基化修飾。O-GlcNAc修飾的SNAP-29可以抑制其與STX17以及VAMP8形成SNAREs功能復合體。在OGT敲減細胞中，SNAP-29的糖基化修飾水平顯著降低，從而促進了STX17-SNAP-29-VAMP8復合體的形成，最終促進了細胞自噬小體的成熟。質譜分析和定點突變實驗鑒定了SNAP-29中有四個氨基酸可以被OGT介導的O-GlcNAc糖基化修飾。過表達糖基化修飾位點突變的SNAP-29可以顯著促進細胞自噬降解活性。同時，研究表明線蟲SNAP-29也能夠被O-GlcNAc糖基化修飾。在饑餓的線蟲中，GlcNAc供體UDP-GlcNAc的水平顯著下降，SNAP-29的O-GlcNAcylation修飾水平明顯降低。這項研究工作首次報道了細胞自噬小體的成熟可以被營養狀態感應因子OGT介導的SNAP-29的O-GlcNAc糖基化修飾所調節。這是繼mTORC 和VPS34 復合體外，第三個能夠感應細胞的營養狀態從而調控自噬活性的節點。

　　張宏實驗室的助理研究員郭濱和助理研究員梁倩倩為本文的共同第一作者。張宏研究員為本文通訊作者，該研究由國家基礎研究基金“973”以及國家自然科學基金資助，主要在中國科學院生物物理研究所完成。