——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
細(xì)胞自噬是哺乳動物細(xì)胞內(nèi)一種高度受調(diào)控的，利用溶酶體來降解蛋白聚集體、受損細(xì)胞器、入侵病原體等無用或有害成分以應(yīng)對細(xì)胞生存壓力和維持細(xì)胞自身動態(tài)平衡的重要代謝過程。細(xì)胞自噬在細(xì)胞生長、天然免疫、衰老等眾多的生理過程中扮演著重要的角色。同時，細(xì)胞自噬的功能異常與癌癥、神經(jīng)退行性疾病等諸多的人類疾病密切相關(guān)。在經(jīng)典的氨基酸饑餓引發(fā)的巨自噬過程中，細(xì)胞通過自噬前體結(jié)構(gòu)（PAS）的引發(fā)、延伸進而形成自噬體來包裹細(xì)胞內(nèi)待降解的自噬底物。在PAS的引發(fā)和延伸階段，WIPI2和FIP200均通過與ATG16L1的相互作用，將ATG12~ATG5-ATG16L1復(fù)合物（ATG16L1復(fù)合物）招募至PAS上，進而使其實現(xiàn)對ATG8家族蛋白的脂質(zhì)化修飾。中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所生命過程小分子調(diào)控全國重點實驗室的潘李鋒研究組長期致力于細(xì)胞自噬的分子機制研究，課題組前期的研究工作已詳細(xì)闡明WIPI2招募并激活ATG16L1復(fù)合物的分子機制（Science Advances. 2023, 9(9):eadf0824；Autophagy. 2023, 20(4):938-940.）。但是，過去對于FIP200在ATG16L1復(fù)合物被招募至PAS過程中的具體分子機制仍不清楚。
近期，潘李鋒研究組詳細(xì)研究了FIP200與ATG16L1之間的相互作用機制，并在《Nature Communications》雜志發(fā)表了題為“Molecular bases of the interactions of ATG16L1 with FIP200 and ATG8 family proteins”的研究論文（https://www.nature.com/articles/s41467-025-64097-4）。在該項研究中，該團隊首先綜合運用熒光極化實驗、等溫滴定量熱技術(shù)、多角度靜態(tài)光散射和液體核磁共振等多種表征手段，發(fā)現(xiàn)ATG16L1包含一段FIP200結(jié)合區(qū)域（FIR），這段區(qū)域不僅能直接結(jié)合FIP200的Claw結(jié)構(gòu)域，還可以作為非經(jīng)典的ATG8相互作用基序（AIM）選擇性地識別哺乳動物ATG8家族蛋白（ATG8s）。隨后，通過解析ATG16L1 FIR分別結(jié)合FIP200的Claw結(jié)構(gòu)域和ATG8家族蛋白GABARAPL1的兩個復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)，該團隊詳細(xì)闡明了ATG16L1結(jié)合FIP200和ATG8s的分子機制。同時，該團隊的相關(guān)生化實驗結(jié)果表明，ATG8s會與FIP200競爭結(jié)合ATG16L1，而WIPI2和FIP200會同時結(jié)合ATG16L1。為了區(qū)分FIP200/ATG16L1和ATG8s/ATG16L1相互作用在相關(guān)自噬過程中各自的貢獻(xiàn)，該團隊通過理性設(shè)計獲得了特異性只結(jié)合ATG8s的ATG16L1 DRIF突變體，以及ATG8s和FIP200均不結(jié)合的ATG16L1 IQIQ突變體。隨后，該團隊利用上述突變體并通過相關(guān)的細(xì)胞生物學(xué)實驗發(fā)現(xiàn)，FIP200/ATG16L1相互作用對于氨基酸饑餓引發(fā)的經(jīng)典巨自噬的正常進行是不可或缺的，而ATG8s/ATG16L1相互作用起到抑制自噬的作用。最后，基于相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，該團隊首次提出FIP200/ATG16L1和WIPI2/ATG16L1相互作用在氨基酸饑餓引發(fā)的經(jīng)典自噬過程中通過正反饋作用增強自噬起始過程的作用模型。
圖1. ATG16L1結(jié)合FIP200和ATG8家族蛋白的分子機制
綜上所述，本項研究工作對核心自噬蛋白ATG16L1、FIP200和ATG8家族蛋白之間的相互作用機制進行了詳盡的生化和結(jié)構(gòu)表征，首次發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)ATG16L1可通過其FIR區(qū)域競爭結(jié)合FIP200和ATG8家族蛋白，并通過解析相關(guān)的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)詳細(xì)揭示了ATG16L1結(jié)合FIP200和ATG8家族蛋白的分子機制，同時通過細(xì)胞功能實驗證實了FIP200/ATG16L1在經(jīng)典自噬過程中發(fā)揮著不可或缺的重要作用。相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)為進一步揭示經(jīng)典自噬過程的分子機制奠定了基礎(chǔ)。
潘李鋒課題組已畢業(yè)的龔新宇博士和未畢業(yè)的博士生周玉倩為本文的共同第一作者。上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金委、科技部、上海市科委、中國科學(xué)院和生命過程小分子調(diào)控全國重點實驗室的資助。
