細胞自噬（autophagy）是真核生物中高度保守的降解途徑。細胞通過形成雙層膜的自噬小體，將包裹的底物運送到溶酶體進行降解，維持機體穩態平衡。多細胞生物自噬小體的形成和成熟過程需要多種蛋白協同作用。張宏課題組以線蟲為模式生物鑑定了一系列參與自噬小體形成和成熟過程的新基因，並將這些多細胞生物特有的自噬新基因命名為epg基因。近年來他們利用線蟲和細胞係為模型，研究發育過程中自噬活性的調控機理。
2019年12月2日，Molecular Cell雜誌在線發表了中國科學院生物物理研究所張宏課題組題為“The ER-localized transmembrane protein TMEM39A/SUSR2 regulates autophagy by controlling the trafficking of the PtdIns(4)P phosphatase SAC1”的研究論文，該文揭示了內質網定位的膜蛋白TMEM39A/SUSR2通過調節PtdIns(4)P的磷酸酶SAC1從內質網到高爾基體的運輸，從而調控自噬活性的新機制。
在線蟲胚胎中，p62同源蛋白SQST-1在epg-7突變體中形成大量蛋白聚集體，這些蛋白聚集體可通過提高自噬活性而清除。實驗室通過RNAi遺傳篩選，鑑定了一個促進自噬活性的新基因，命名為susr-2。哺乳動物susr-2的同源基因TMEM39A編碼內質網定位的跨膜蛋白。人類遺傳學分析發現，TMEM39A/SUSR2是多發性硬化(multiple sclerosis)和系統性紅斑狼瘡(systemic lupuserythematosus)等自身免疫性疾病的易感位點。
進一步實驗發現，TMEM39A/SUSR2功能喪失會促進哺乳動物細胞自噬小體的形成和成熟。在SUSR2敲減的細胞中，GFP-P4Csidc標記的PtdIns(4)P點狀結構明顯增加，並與Lysotracker共定位，表明晚期內吞體/溶酶體上PtdIns(4)P的水平增加。以往研究表明栓連蛋白HOPS複合物可以促進介導自噬小體與晚期內吞體/溶酶體融合的STX17/SNAP29/VAMP8複合體的組裝，進而促進自噬小體成熟。該研究發現在SUSR2 敲減細胞中，增加的PtdIns(4)P促使HOPS複合體被招募到晚期內吞體/溶酶體上，從而促進自噬小體的成熟。
細胞內PtdIns(4)P的水平和分佈受磷脂酰肌醇-4激酶（PI4Ks）和PtdIns(4)P磷酸酶SAC1的協同調控。作為跨膜蛋白，SAC1分別通過COPII介導的順式轉運和COPI介導的逆行轉運在內質網和高爾基體之間循環。實驗發現，SUSR2作為銜接蛋白可以與SAC1和COPII運輸小泡的內層蛋白SEC23/SEC24相互作用。SUSR2敲減細胞中，SAC1與SEC23/SEC24相互作用減弱，進而導致SAC1不能有效地轉運到高爾基體，而在內質網上累積。這些結果表明，SUSR2具有促進SAC1從內質網到高爾基體的轉運的作用。
此外，在SUSR2 敲減的細胞中，內質網上積累的SAC1水解PtdIns(4)P從而增加PtdIns(3)P的合成，促進自噬起始的ULK1/FIP200/ATG13複合物的形成，進而促進自噬起始階段自噬小體的形成。
以往人們多關注PtdIns(3)P在自噬通路中的作用，這篇文章系統地研究了PtdIns(4)P在自噬小體形成和成熟中的功能。另外TMEM39A/SUSR2還是多種自身免疫性疾病的易感位點，該成果為研究這些疾病的發生提供了線索。
圖示：SUSR2與PtdIns(4)P的磷酸酶SAC1及COPII運輸小泡相互作用，促進SAC1從內質網到高爾基體的轉運
據悉，該工作由中國科學院生物物理研究所張宏課題組完成。張宏研究員為本文的通訊作者，張宏課題組助理研究員苗廣豔和博士研究生張玉潔為本文的共同第一作者，張宏課題組博士研究生陳迪也參與了這項研究工作。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2019.10.035
閱讀更多 BioArt 的文章
