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“CSCB细胞死亡研究分会”Webinar第二十二期精华纪要

发布日期:2021-10-09  浏览次数:136

撰稿|田瑞

       2021年9月24日上午9:00,中国细胞生物学会细胞死亡分会开展线上学术交流系列讲座第二十二期,本期由来自新墨西哥大学分子遗传学和微生物学医学院的Vojo Deretic教授作为主讲人,题目为“Why are autophagy factors doing so many things besides autophagy?”。本期讲座由上海交通大学基础医学院钟清教授和浙江大学基础医学院孙启明教授主持,特邀中科院生物物理所张宏研究员和清华大学俞立教授作为讨论嘉宾。Deretic教授首先简要介绍了自噬核心调控分子的非经典功能, 随后重点讲述了ATG9A在修复质膜损伤、保护质膜完整性、阻止细胞死亡的功能及其分子调控机制。

     自噬核心调控蛋白质机器(ATGs)和 ESCRT (The endosomal sorting complex required for transport)在质膜和细胞器的稳态中发挥重要调控作用。ESCRT 功能多种多样,包括调控细胞器的形成以及膜损伤修复。

      经典自噬通路通过清除受损的、冗余的细胞质成分维持细胞稳态。越来越多的证据表明,自噬核心调控因子普遍具有非经典的生物学功能,这一方向逐渐成为自噬、膜生物学、乃至细胞生物学领域的研究热点。ATG9是唯一的具有跨膜结构的自噬核心调控蛋白,对其功能知之甚少。基于高分辨率低温电子显微镜 (cryo-EM)的结构和功能研究表明,酵母ATG9和哺乳动物ATG9A都是scramblase,在自噬体合成的起始和膜延伸过程都发挥重要作用。哺乳动物ATG9A存在于多种不同的细胞区室中,包括反式-高尔基体、早期和循环内体。ATG9A还能够通过分泌途径运输到质膜,并从质膜进入胞内吞途径。ATG9A在哺乳动物细胞中复杂的亚细胞定位和运输表明,ATG9A可能具有其他尚未明确的生物学功能。

      正是基于这样的思考,Vojo团队推测ATG9A 通过囊泡运输过程,在膜损伤修复过程中发挥作用。由于ATG9A定位于质膜,作者首先测试了它在防止质膜损伤方面的作用,发现ATG9A可以保护质膜免受外源性的洋地黄皂苷、皂苷或链球菌溶血素O (SLO)等物质所引发的损伤。作者还发现,质膜损伤后,ATG9A移位到质膜,从而能保护细胞避免因质膜损伤而死亡,其机制是主动的、Ca2+ 依赖的过程,而不是通过被动影响质膜对损伤剂的敏感性。

      为了探究ATG9A保护质膜完整性的分子机制,他们建立了APEX2–ATG9A稳转细胞系,使用邻近生物素化标记技术和蛋白组学筛选技术,寻找ATG9A在质膜损伤期间的特定相互作用蛋白。发现了与ATG9A直接互作的蛋白IQGAPs,后者响应Ca2+内流,在质膜损伤的情况下调控ATG9A向质膜的募集。

     在蛋白组学数据中,作者还发现,ATG9A 与多个ESCRT复合物的亚基(比如TSG101和ALIX)存在互作。ESCRT是一种进化上保守的蛋白复合物,与ATPase VPS4一起介导从内部切断膜颈。它主要由三个名为ESCRT-I、-II和-III的子复合物组成。前两个复合物主要用于蛋白质分选和 ESCRT-III的募集,ESCRT-III复合物则协同VPS4负责切断膜颈。目前发现ESCRT参与包括的形成多囊泡核内体(MVEs)、病毒出芽、质膜修复、神经元修剪、外囊泡脱落、核孔复合体(NPC)的质量控制、核膜(NE)重组等过程(图1)。Vojo团队发现ESCRT的组件与ATG9A互作,并在损伤的情况下先后出现在质膜上,它们之间的互作会随着质膜损坏而增加。随后作者利用大量的生化和细胞生物学实验证明ATG9A、IQGAP1和ESCRT在相同的信号通路中协同发挥质膜损伤修复的功能。


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      图1. ESCRT 功能概述。

     ESCRT收缩细胞膜并从细胞质内切断狭窄的膜颈。图中显示了迄今为止确定的 ESCRT 依赖的生物过程,ESCRT-III 机器用蓝色螺旋表示。缩写:CUPS,非经典蛋白质分泌区室;ILV,腔内囊泡;MVE,多囊泡内体。

      概括来说,Vojo团队报告了 ATG9A 以前未被重视的功能(图2),它能够保护细胞免受一系列外源性(比如SLO和去污剂)和内源性因子(比如GSDMD 和MLKL)引起的质膜损伤,在细胞焦亡和坏死性凋亡的程序性细胞死亡过程中发挥重要功能。进一步定义了ATG9A与IQGAP1协同招募ESCRT以修复质膜损伤区域的调控机制模型。这对揭示各种病理生理条件下的炎症和组织损伤机制具有重要意义。该研究是展示自噬调控因子非经典功能的一个典型例子,拓宽了领域对ATG分子和ESCRT功能的认知。

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图2. 质膜损伤后,ATG9A(由 Ca2+ 流入和 IQGAP1 招募)在损伤部位组织 ESCRT 机制,其中 ESCRT-III 效应器(CHMP4A/B 和 CHMP2A)将膜重塑为萌芽 EV,带走质膜孔/受损区域。

      本次研讨会中,各位老师和在线听众对膜修复和自噬的非经典功能进行了热烈的讨论,并碰撞出新的思维火花。本期讲座氛围活跃,讨论热烈,圆满结束。


下期活动预告(第二十三期)

主讲人:Douglas Green

讲座主题:Cell Death Research in the Next Decade:Five Riddles.

会议时间:北京时间2021年10月8日上午9:00

ZOOM会议号:836 8553 6026

密码:632724