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自噬。2015年12月;11(12): 2381–2382.
2015年11月13日在线发布。 doi(操作界面):10.1080/15548627.2015.1110669
PMCID公司:项目经理4835190
PMID:26566175

选择性自噬途径采用非常规途径

摘要

选择性自噬将特定细胞质物质运输到溶酶体/液泡中。在大分子自噬的情况下,选择性是由受体介导的,受体通常将货物与将货物隔离在形成的自噬体中的机器连接起来。在我们最近的工作中,我们发现裂变酵母Nbr1是哺乳动物大自噬受体Nbr1的同源物,它与一种非常规的自噬相关货物螯合装置,即运输所需的内体分选复合物(ESCRT)一起作用,将2种水解酶从胞质溶胶输送到液泡腔。在这条途径中,我们称之为Nbr1介导的空泡靶向(NVT)途径,可溶性物质通过多泡体(MVB)而非自噬体转运至空泡。我们的发现揭示了宏自噬受体的一种新的作用模式,并拓宽了我们对ESCRT介导的自噬的理解。

关键词:自噬、内体微自噬,ESCRT,多泡体,Nbr1,NVT途径,绒球裂殖酵母

溶酶体/液泡是细胞降解的主要隔间。细胞质物质通过各种类型的自噬进入溶酶体/液泡。人们最了解的自噬机制是宏观自噬。在这个过程中,自噬货物被一种称为吞噬细胞的双层膜结构吞噬,吞噬细胞膨胀并成熟为自噬体;随后与溶酶体/液泡融合,将货物送入细胞器腔进行降解。除了在饥饿期间发生的非选择性大自噬外,某些类型的货物,包括蛋白质聚集体、细胞器和病原体,也可以通过选择性大自吞噬进行特异性识别和清除。

受体蛋白在选择性大自噬中起着重要作用。在哺乳动物中,SQSTM1/p62、NBR1、CALCOC2/NDP52和OPTN/视神经蛋白等大自噬受体可以同时结合货物上的泛素和吞噬细胞膜上的LC3/Atg8家族蛋白。哺乳动物NBR1参与聚集蛋白质、过氧化物酶体和中体的选择性宏观自噬。在发芽酵母中酿酒酵母,包括Ape1、Ams1和Ape4在内的许多可溶性水解酶通过细胞质到液泡靶向(Cvt)途径输送到液泡中。Cvt途径依赖于受体蛋白Atg19,与哺乳动物自噬受体一样,它可以结合其货物和Atg蛋白。Cvt途径可能在进化上与哺乳动物选择性巨自噬有关,因为有人认为Atg19是哺乳动物NBR1的远程隐秘同源物。

我们一直在使用裂变酵母绒球裂殖酵母作为研究自噬的模型。对我们感兴趣的是,在裂变酵母基因组中,有一个以前没有特征化的基因(SPBP35G2.11c标准)其编码哺乳动物NBR1的明确同源物。它包含3个ZZ型锌指和一个FW结构域,这两种结构域也存在于NBR1中。我们将这种分裂酵母蛋白命名为Nbr1,并研究它是否具有自噬相关功能。

我们的实验表明,Nbr1与2个M1家族的氨肽酶Lap2和Ape2相互作用,并促进它们从细胞质转运到液泡。Nbr1的ZZ指对于其与Lap2和Ape2的相互作用是必要的,而ZZ指和FW域对于空泡靶向功能都是必要的。类似的方式酿酒酵母前体Ape1在Cvt途径中起作用,Lap2和Ape2不仅是货物,也是这个空泡靶向过程中的重要成分。Ape2的极端N末端区域参与了它与Nbr1的相互作用。这让人联想到出芽酵母前体Ape1如何与Atg19相互作用。我们将此裂变酵母途径命名为Nbr1介导的空泡靶向(NVT)途径。Lap2和Ape2在进入液泡后保持完整,可能起到驻存液泡水解酶的作用。Nbr1和Atg19在液泡水解酶的生物合成传递中的类似作用以及Nbr1与哺乳动物Nbr1之间的强烈序列同源性,巩固了酵母液泡靶向途径与哺乳动物选择性自噬之间的进化联系。

我们预测,与Cvt途径一样,NVT途径需要宏观自噬机制。然而,令我们大吃一惊的是,这个预测结果是错误的。我们发现NVT途径不需要核心Atg蛋白。因此,NVT途径必须采用不同于Cvt途径的货物隔离机制。在没有关于隔离机制可能涉及到什么的具体假设的情况下,我们求助于一个无偏见的基因筛查,这导致了在不锈钢2消除Lap2和Nbr1空泡定位的基因。Sst2是哺乳动物STAMBP/AMSH的同源物,在MVB途径中与ESCRT发挥作用,通过MVB将膜蛋白输送到液泡中。为了确定ESCRT蛋白是否参与NVT途径,我们分析了缺乏sst4/vps27,sst6/vps23,第36版,或第20版,分别编码ESCRT-0、ESCRT-I、ESCRT-II和ESCRT-III复合物的成分,发现它们在NVT途径中都有缺陷。

MVB通路的膜蛋白货物被分类到MVB的腔内小泡中。因此,我们假设ESCRT可能会在MVB处隔离NVT路径货物。与这个想法一致,我们发现NVT组件与MVB中的ESCRT共存。在MVB途径中,ESCRT通过与附在膜蛋白上的泛素分子结合来识别其货物。同样,我们发现Nbr1和/或其相关蛋白的泛素化在NVT途径中起着重要作用。

NVT途径的发现带来了一些有趣的可能性。ESCRT在哺乳动物自噬途径中起作用,称为内体微自噬(eMI)。在这一途径中,细胞溶质蛋白被HSPA8/Hsc70识别,并以ESCRT依赖的方式被隔离到MVB的管腔内小泡中。NVT途径在拓扑结构上与内体微自噬相似。因此,研究传统的大自噬受体是否参与哺乳动物的微自噬将是一件有趣的事情。了解高等真核生物中的NBR1家族蛋白是否运输NVT和Cvt型水解酶货物也很有意思。还有一些有趣的问题可以在裂变酵母中进一步解决。除了泛素化,还有其他信号需要NVT复合物被ESCRT识别吗?除了NVT复合体之外,ESCRT是否将其他类型的可溶性货物分类到MVB中?我们希望,我们未来的调查将为这些问题提供答案。

潜在利益冲突的披露

没有披露潜在的利益冲突。


来自的文章自噬由以下人员提供泰勒和弗朗西斯