南开大学长江特聘教授陈佺自噬研究成果刊登Cell Research

　　

生物通报道：自噬需要多种多样的膜来源，并涉及mATG9（ATG家族中唯一的膜蛋白）的膜转运。然而，mATG9转运以启动自噬的分子调控，仍不明确。目前，来自南开大学、中科院动物研究所和广东医科大学的研究人员，确定了两个保守的经典接头蛋白，分选mATG9胞质N末端的信号，这介导了mATG9从质膜和反面高尔基体管网状结构（TGN）的转运。相关研究结果发表在12月9日的《Cell Research》杂志。南开大学生命科学学院的陈佺教授和朱玉山教授，是本文共同通讯作者。相关阅读：Cell：新型内质网钙通道；南开大学Nature子刊揭示重要癌症信号调控机制；南开大学Cell子刊解析线粒体自噬。

单个细胞不断地监测着环境和细胞的线索，以保持细胞的平衡，并在不同的条件下生存。为了响应亚致死应力，细胞的新陈代谢经历了快速的自适应变化，以保护自己免受潜在的伤害。这是通过一个多层面的细胞程序精心策划的。介导正常细胞平衡和应激适应的一个关键通路是自噬。自噬是一个细胞生存过程，在这个过程中，细胞质部分和损坏或无用的细胞器，被卷入一个双层膜自噬体，并传递到溶酶体用以降解和回收利用。主要的自噬途径包括ULK1 / ATG13 / FIP200复合物、磷脂酰肌醇-3激酶复合物和mATG9循环机械的激活，以启动吞噬泡/隔离膜的形成，从而导致后续自噬体的膨胀和成熟。在正常生理条件下，细胞自噬被维持在一个基本稳定的水平，负责蛋白质质量控制和细胞内细胞器的周转。为了响应营养剥夺或其他亚致死胁迫，自噬被增加到一个高的通量以有效地降解和回收细胞质成分，用于体内平衡和细胞生存。自噬缺陷与退行性疾病、炎症性疾病、代谢性疾病和肿瘤疾病有着因果关系。

多个膜的来源，包括线粒体、内质网（ER）、高尔基体和质膜，在应力条件下都能促进新生自噬体的形成。这些不同膜来源的调动，需要动态膜运输活动。值得注意的是，mATG9——ATG家族中唯一的跨膜蛋白，被发现通过质膜、反面高尔基体网络结构（TGN）、早期内涵体、晚期内涵体和再循环内体而转运。在饥饿诱导的自噬过程中，mATG9从TGN移动到外围池，并与溶酶体标记和自噬标记LC3共定位。mATG9的再分配似乎是由ULK1介导的，因为它可被ULK1敲除所抑制。

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此外，据报道，一小部分mATG9驻留在质膜上，并可以与AP2结构相互作用，以通过网格蛋白介导的内吞而内化。内化的mATG9从早期转运到回收内涵体，以与ATG16L1阳性结构融合。已有研究表明，包含TBC域的两个RABGAps——TBC1D5和TBC1D14，参与调节mATG9转运和自噬体形成。在自噬过程中，TBC1D5与LC3、AP2复合物和mATG9相互作用，这种相互作用可能将mATG9囊泡招募到自噬体膜。TBC1D14，先前被确定为自噬的负调节因子，可结合RAB11并抑制囊泡从回收内涵体的转运以及自噬体形成。

最近的一份报告表明，mATG9转运是由TBC1D14和TRAPPIII复合物调节的，独立于ULK120。TRAPPIII复合物通过TBC1D14到管状回收内涵体的招募，可激活RAB1促进内涵体-高尔基转运，这可能回收mATG9以维持自噬通量。

尽管自噬研究已有了重大进展，但是调节mATG 9转运以及使上游养分感知信号与mATG9转运相协调、以在正常或饥饿条件下调整自噬通量的确切分子机制，仍然是难以捉摸的。在这项研究中，研究人员确定了两个分选mATG9 N末端中的信号的接头蛋白，可由AP1和AP2络合物识别，以介导mATG9从质膜和TGN的转运。Src激酶可通过直接磷酸化Tyr8上的mATG9，促进mATG9和AP1 / 2复合物之间的相互作用，并且这种磷酸化是基本的mATG9运输所必需的。研究人员还发现，为了应对饥饿，Tyr8上的mATG9 被Src磷酸化，可功能性地与ULK1的Ser14磷酸化合作，促进mATG9从质膜和近核区到外围池的再分配，以用于自噬启动。

（生物通：王英）

注：陈佺，南开大学教授。2003年国家“杰出青年基金”获得者； 2009年教育部“长江教授”获得者。1993年自中国科学院动物研究所博士毕业，之后赴英国Manchester大学和美国Cleveland Clinic Foundation的Lerner Research Institute从事博士后研究。1999年获美国癌症研究会青年学者奖。获2005年度中国科学院“优秀研究生指导教师”奖。2000年在中国科学院“****”支持下在动物研究所组建“细胞凋亡和肿瘤生物学”研究小组。2000－2006年任生物膜与膜生物工程国家重点实验室主任。 主要从事细胞凋亡信号传导和线粒体生物学研究。实验室同时也开展癌症干细胞方面的研究。在Journal of Biological Chemistry, Journal of Cell Science, Oncogene, FASEB journal, Hepatology, Clinical Cancer Research等杂志发表论文近40篇。

朱玉山，南开大学生命科学学院教授。研究方向：线粒体生物学与肿瘤生物学；着重关注线粒体在细胞凋亡中的关键作用，线粒体质量控制与肿瘤发生相关研究。相关论文发表在Nature Cell Biology，Nature Communications，Molecular Cell, Cell Research, Autophagy, Protein Cell, Clinical Cancer Research, Journal of Biological Chemistry等杂志。

生物通推荐原文摘要：
Regulation of mATG9 trafficking by Src- and ULK1-mediated phosphorylation in basal and starvation-induced autophagy
Abstract：Autophagy requires diverse membrane sources and involves membrane trafficking of mATG9, the only membrane protein in the ATG family. However, the molecular regulation of mATG9 trafficking for autophagy initiation remains unclear. Here we identified two conserved classic adaptor protein sorting signals within the cytosolic N-terminus of mATG9, which mediate trafficking of mATG9 from the plasma membrane and trans-Golgi network (TGN) via interaction with the AP1/2 complex. Src phosphorylates mATG9 at Tyr8 to maintain its endocytic and constitutive trafficking in unstressed conditions. In response to starvation, phosphorylation of mATG9 at Tyr8 by Src and at Ser14 by ULK1 functionally cooperate to promote interactions between mATG9 and the AP1/2 complex, leading to redistribution of mATG9 from the plasma membrane and juxta-nuclear region to the peripheral pool for autophagy initiation. Our findings uncover novel mechanisms of mATG9 trafficking and suggest a coordination of basal and stress-induced autophagy.