屬于絲氨酸/蘇氨酸類蛋白激酶的ATG1/ULK1是啟動自噬作用的關鍵蛋白激酶。自噬的初始階段主要是誘導自噬和形成自噬膜,然而自噬膜的形成需要自噬前體(即自噬調控的重要節點)的形成。Beclin1-Vps34復合體是哺乳動物自噬的核心復合物。AtG4參與自噬泡的形成,而UVRAG作用于自噬泡成熟及其運輸過程,Rubicon負調節其功能。誘導自噬后,在Atg14-Vps15-mVps34復合物作用下,啟動膜泡的成核反應,進一步結合Atg21和Atg24,形成前自噬體。
自噬膜泡進一步擴張并包繞底物,最終形成自噬體。Atg12-Atg5復合物系統和LC3-Ⅱ-磷脂酰乙醇胺復合物系統均是泛素化系統,參與著自噬體的形成。目前已知p62蛋白會誘導鑲嵌有LC3的自噬體到溶酶體,將其吞噬并清除,與底物結合的p62也能被蛋白水解酶降解,而細胞內的微管骨架其實也會將自噬體運輸到溶酶體,水解酶在二者融合降解自噬體內容物,Rab7及UVRAG等因子參與此過程。目前已知Rab7與膜泡表面的脂分子尾部作用進行定位,而UVRAG則活化Rab7,將囊泡運送到靶位點。
自噬過程通常涉及兩種泛素樣偶聯反應,以維持吞噬體的擴展。第1種反應發生在LC3 (酵母Atg8在哺乳動物中的同源物),LC3對溶酶體的形成是必需的。Atg4切割LC3獲得彌散胞質狀態的LC3-Ⅰ,LC3-Ⅰ其后與磷脂酰乙醇胺偶聯,以形成膜結合狀態的LC3-Ⅱ,LC3-Ⅱ其后定位于自噬體膜。Atg5-Atg12-Atg16L1復合物與前自噬體膜相關聯,通過協助招募LC3延長它們的伸長。隨著吞噬細胞擴大并接近閉合,Atg5-Atg12-Atg16L1復合物從外膜解離,而LC3-Ⅱ仍然與完成的自噬體結合。除此之外,mAtg9是核心Atg蛋白中唯一確定的多次跨膜蛋白,吞噬細胞的延伸也由mAtg9輔助。第2種反應則是在Atg12與Atg5共軛后,Atg16L1與偶聯物Atg12-Atg5結合,形成一個對吞噬細胞成熟至關重要的Atg5-Atg12-Atg16L1復合物。
ATG8酯化在自噬發生過程中的作用仍未解釋清楚,可以對促進自噬體膜的延伸和閉合起著關鍵作用。ATG8的酯化過程依賴于兩個類泛素化系統的幫助。所有生物中的ATG5-ATG12共價結合復合物對于細胞內ATG8的酯化均是必須的。
在自噬相關基因中,Beclin1、Atg5、Atg12和LC3對自噬的誘導階段十分重要。其中,LC3是自噬的關鍵蛋白,LC3前體正常會被ATG4切掉C端120個氨基酸,而殘片稱為LC3Ⅰ。胞膜形式的LC3Ⅰ在自噬發生時,已活化的LC3-Ⅰ經Atg3泛素化修飾后,與自噬泡膜表面的磷脂酰乙醇胺結合,形成自噬體膜形式且疏水性較強的LC3Ⅱ,并且鉚釘于自噬泡雙層膜結構上,參與細胞自噬。
ULK復合物對自噬誘導起始至關重要,主要由ULK1/2、自噬相關基因13(ATG13)、ATG101和200 kD家族相互作用蛋白組成。ULK1/2負責募集ATG蛋白,其中ULK1是哺乳動物自噬泡形成所必需的一種蛋白質,其活性缺失時LC3-Ⅱ不能形成,阻礙自噬過程。ULK1激酶復合體能夠促進PI3K和ATG14形成復合物,并且促進Beclin1從Bcl2-Beclin1復合體中解離出來,形成參與自噬體核形成的關鍵因子Beclin1-PI3K-ATG14復合物。單磷酸腺苷活化蛋白質激酶(AMPK)和mTOR都可以催化ULK1的磷酸化 。AMPK在營養充足的條件下失活,mTORC活化并磷酸化ULK1和ATG13,從而抑制自噬起始。AMPK在饑餓條件下活化,同時mTORC失活,已活化的AMPK催化ULK1絲氨酸磷酸化,促進自噬作用。除此之外,ATG13可以由mTORC1磷酸化并調控ULK復合物的活性,ATG101結合并穩定FIP200,而FIP200則為ULK及ATG13提供支架。
PI3K復合物由Vps34、Vps15、Beclin1和Atg14蛋白組成,ULK1復合物在膜泡形成后會從由細胞質轉移至內質網,并且增強PI3K復合物的活性,隨后可產生磷脂酰肌醇-3磷酸酯,促進其他效應蛋白與自噬體膜結合,從而啟動膜泡的成核反應,繼而介導前自噬體的形成。