上海有機所在自噬受體蛋白TAX1BP1
的結(jié)構(gòu)和作用機制研究方面取得新進展
文章來源:上海有機化學(xué)研究所 | 發(fā)布時間:2024-03-07 | 【打印】 【關(guān)閉】
細胞自噬是幾乎所有哺乳動物細胞正常運行所必需的一種重要分解代謝過程,其在細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的維持、胚胎發(fā)育、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,細胞自噬的功能異常與大量的人類疾病密切相關(guān),比如癌癥和神經(jīng)退行性疾病等。TAX1BP1作為一個可結(jié)合泛素的多功能自噬受體蛋白,在降解入侵病原體、蛋白聚集體、受損溶酶體等選擇性自噬過程中扮演著重要角色。中科院上海有機化學(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課題組長期致力于TAX1BP1等自噬受體蛋白的結(jié)構(gòu)和作用機制研究。課題組前期的相關(guān)研究工作系統(tǒng)闡明了自噬受體蛋白TAX1BP1識別泛素蛋白、腳手架蛋白NAP1和分子馬達蛋白Myosin VI相關(guān)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和分子機制(Journal of Molecular Biology. 2018,430,3283-3296;PNAS. 2018,115,E11651-E11660;Nature Communications. 2019,10(1):3459)。
近期,潘李鋒課題組在美國科學(xué)院院刊(PNAS)在線發(fā)表了題為“Mechanistic insights into the interactions of?TAX1BP1?with RB1CC1 and mammalian ATG8 family proteins”的研究論文(https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2315550121)。該團隊首先利用核磁共振、等溫量熱滴定、光譜位移等多種實驗方法,詳細研究了自噬受體蛋白TAX1BP1與自噬起始ULK復(fù)合物亞基RB1CC1之間的相互作用,首次發(fā)現(xiàn)TAX1BP1采用雙位點作用的模式結(jié)合RB1CC1,除了已知的TAX1BP1的SKICH結(jié)構(gòu)域能結(jié)合RB1CC1的coiled-coil結(jié)構(gòu)域之外,TAX1BP1的coiled-coil結(jié)構(gòu)域也可以與RB1CC1的C端區(qū)域(CTR)發(fā)生相互作用,并且RB1CC1的兩個結(jié)合位點在結(jié)合TAX1BP1時并不采用協(xié)同的作用模式。因此,RB1CC1和TAX1BP1之間的雙位點結(jié)合模式賦予了RB1CC1和TAX1BP1形成動態(tài)寡聚物的能力。隨后,利用X射線單晶衍射技術(shù),該團隊首次解析了TAX1BP1SKICH/RB1CC1 coiled-coil復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu),并基于該團隊過去解析的TAX1BP1的SKICH結(jié)構(gòu)域結(jié)合NAP1的復(fù)合物結(jié)構(gòu)(PNAS. 2018,115,E11651-E11660),發(fā)現(xiàn)TAX1BP1的SKICH結(jié)構(gòu)域采用完全不同的區(qū)域和作用模式去結(jié)合RB1CC1和NAP1。有趣的是,后續(xù)的研究表明,RB1CC1的coiled-coil和NAP1的coiled-coil會通過別構(gòu)效應(yīng)競爭結(jié)合TAX1BP1的SKICH結(jié)構(gòu)域,并且NAP1的FIR模序的引入可以介導(dǎo)穩(wěn)定的RB1CC1/TAX1BP1/NAP1三元六聚復(fù)合物的形成。進一步通過相關(guān)的生化實驗,該團隊證實RB1CC1/TAX1BP1/NAP1三元復(fù)合物的結(jié)合模式為NAP1通過其FIR模序和N端的coiled-coil結(jié)構(gòu)域同時招募RB1CC1和TAX1BP1,并且TAX1BP1/NAP1/RB1CC1三元復(fù)合物可進一步與TBK1激酶組裝形成四元復(fù)合物。此外,該團隊首次解析了TAX1BP1的非經(jīng)典LIR(CLIR)基序結(jié)合哺乳動物ATG8家族蛋白GABARAP的復(fù)合物結(jié)構(gòu),詳細闡明了TAX1BP1通過其CLIR模序選擇性識別ATG8家族蛋白的分子機制。最后,該團隊還發(fā)現(xiàn)單獨的TAX1BP1、TAX1BP1/RB1CC1二元復(fù)合物、TAX1BP1/NAP1/RB1CC1三元復(fù)合物與ATG8家族蛋白的結(jié)合能力不同,并通過相關(guān)的生化實驗和結(jié)構(gòu)建模探討了其中的潛在機制。

圖1.TAX1BP1結(jié)合RB1CC1和ATG8家族蛋白的分子機制
綜上所述,該研究工作系統(tǒng)地研究了自噬受體蛋白TAX1BP1結(jié)合ATG8家族蛋白以及自噬起始ULK復(fù)合物亞基RB1CC1的分子機制及其相關(guān)的蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò),從結(jié)構(gòu)角度首次揭示了TAX1BP1結(jié)合ATG8家族蛋白和RB1CC1的獨特分子機制,并闡明了TAX1BP1、RB1CC1、NAP1、ATG8家族蛋白之間的相互關(guān)系。相關(guān)的研究結(jié)果表明,自噬受體蛋白TAX1BP1在識別泛素化自噬底物后可能先通過雙位點模式結(jié)合RB1CC1進而招募ULK復(fù)合物。其中,TAX1BP1和RB1CC1之間的相互作用不僅阻礙了TAX1BP1的CLIR基序與ATG8家族蛋白的結(jié)合,而且還可能導(dǎo)致ULK復(fù)合物寡聚并激活ULK復(fù)合物,從而原位誘導(dǎo)自噬前體的產(chǎn)生。隨后,TAX1BP1通過NAP1蛋白招募NAP1/TBK1復(fù)合物。其中,NAP1的引入將導(dǎo)致TAX1BP1和RB1CC1之間的相互作用發(fā)生重排,進一步形成ULK/TAX1BP1/NAP1/TBK1超級復(fù)合物,并且釋放TAX1BP1的CLIR基序去結(jié)合錨定在自噬前體膜上的ATG8家族蛋白,進而促進后續(xù)自噬體的形成。總之,該研究工作從生化和結(jié)構(gòu)角度對TAX1BP1、NAP1、RB1CC1、ATG8家族蛋白間相互作用的分子機制提供了新見解,擴展了領(lǐng)域內(nèi)對于自噬受體蛋白TAX1BP1介導(dǎo)的選擇性自噬過程的分子機制的認識。

圖2.TAX1BP1在選擇性自噬過程中招募ULK、TBK1復(fù)合物以及ATG8家族蛋白的工作模式圖
潘李鋒課題組已畢業(yè)的張明芳博士為本文的第一作者。上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金委、科技部國家重點研發(fā)專項項目、上海市科委、中國科學(xué)院青年交叉團隊項目和生命過程小分子調(diào)控全國重點實驗室的資助。
