自噬受體蛋白NDP52的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制研究方面取得進(jìn)展

　　細(xì)胞自噬是哺乳動(dòng)物細(xì)胞中高度受調(diào)控的，依賴溶酶體來降解受損細(xì)胞器、入侵病原體、大型蛋白聚集體等成分以應(yīng)對內(nèi)外界細(xì)胞壓力和維持細(xì)胞動(dòng)態(tài)平衡的重要分解代謝過程。自噬受體蛋白（autophagy receptor）是一類在選擇性細(xì)胞自噬過程中發(fā)揮舉足輕重作用的銜接蛋白，它可以作為一個(gè)橋聯(lián)蛋白把目標(biāo)底物與自噬體聯(lián)系起來，從而介導(dǎo)目標(biāo)底物的選擇性自噬過程。眾多人類疾病，比如克羅恩病（Crohn disease）、神經(jīng)退行性疾病等，均與自噬受體蛋白的功能異常或缺失相關(guān)。NDP52是哺乳動(dòng)物細(xì)胞中一個(gè)重要的自噬受體蛋白，在入侵的病原體（如鼠傷寒沙門氏菌）、受損線粒體的選擇性自噬過程中發(fā)揮重要作用。近年來針對自噬受體蛋白NDP52的研究取得了長足進(jìn)展，但是許多重要的深層次作用機(jī)制沒有得到很好地闡述。中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生命有機(jī)化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室潘李鋒研究團(tuán)隊(duì)長期致力于自噬受體蛋白NDP52的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制研究。研究團(tuán)隊(duì)組前期的相關(guān)研究工作系統(tǒng)闡明了自噬受體蛋白NDP52識(shí)別泛素蛋白、TBK1相關(guān)腳手架蛋白NAP1和分子馬達(dá)蛋白Myosin VI的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和相關(guān)分子機(jī)制。

　　近期，該研究團(tuán)隊(duì)在Science Advances發(fā)表了題為Structural and biochemical advances on the recruitment of the autophagy-initiating ULK and TBK1 complexes by autophagy receptor NDP52的研究論文。團(tuán)隊(duì)首先利用凝膠共遷移、等溫量熱滴定、分析型超速離心技術(shù)、液體核磁共振等多種實(shí)驗(yàn)方法，詳細(xì)研究了自噬受體蛋白NDP52與自噬起始ULK復(fù)合物亞基RB1CC1之間的相互作用，**發(fā)現(xiàn)除了其SKICH結(jié)構(gòu)域可以結(jié)合RB1CC1的C端第二個(gè)Coiled-coil區(qū)域外，NDP52的非經(jīng)典LIR區(qū)域也可以特異性地結(jié)合RB1CC1的Claw結(jié)構(gòu)域，表明NDP52會(huì)采用雙位點(diǎn)的作用模式來結(jié)合RB1CC1。隨后，利用X射線單晶衍射技術(shù)，該團(tuán)隊(duì)**解析了NDP52 SKICH/RB1CC1 Coiled-coil復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，并基于團(tuán)隊(duì)過去解析的NDP52的SKICH結(jié)構(gòu)域結(jié)合NAP1的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)NDP52的SKICH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和NAP1會(huì)通過別構(gòu)效應(yīng)競爭結(jié)合NDP52的SKICH結(jié)構(gòu)域，但是由于NAP1中FIR模序的存在可以介導(dǎo)RB1CC1/NDP52/NAP1三元復(fù)合物的形成。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)也解析了NAP1的FIR模序結(jié)合RB1CC1的Claw結(jié)構(gòu)域的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，詳細(xì)闡明了NAP1結(jié)合RB1CC1的分子機(jī)制。后續(xù)基于氨基酸序列的比對分析，發(fā)現(xiàn)NAP1的FIR與NDP52的非經(jīng)典LIR具有非常相似的序列類型，并進(jìn)一步通過點(diǎn)突變等生化實(shí)驗(yàn)證實(shí)NDP52的非經(jīng)典LIR模序也采用相似的作用模式去結(jié)合RB1CC1的Claw結(jié)構(gòu)域，進(jìn)而系統(tǒng)闡明了NDP52和RB1CC1之間相互作用的分子機(jī)制。此外，通過相關(guān)生化研究，該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)與NDP52的LIR類似，NAP1的FIR也可以選擇性地識(shí)別ATG8家族蛋白，并進(jìn)一步解析了NAP1的FIR結(jié)合GABARAP的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，揭示了NAP1識(shí)別ATG8家族蛋白的分子機(jī)制。同時(shí)，通過phos-tag膠、磷酸化質(zhì)譜分析等實(shí)驗(yàn)方法證明了TBK1能通過磷酸化NDP52中LIR模序的T137殘基來增強(qiáng)NDP52與ATG8家族蛋白之間的相互作用，并發(fā)現(xiàn)RB1CC1的Claw結(jié)構(gòu)域和ATG8家族蛋白會(huì)競爭結(jié)合NDP52的LIR模序。

　　綜上所述，該研究工作揭示了自噬受體蛋白NDP52特異性地通過雙位點(diǎn)的作用模式來結(jié)合RB1CC1的分子機(jī)制，同時(shí)，發(fā)現(xiàn)TBK1激酶對NDP52的磷酸化修飾能進(jìn)一步增強(qiáng)NDP52對ATG8家族蛋白的結(jié)合，揭示了NAP1的FIR模序?qū)B1CC1/NAP1/NDP52三元復(fù)合物形成的重要作用。該研究工作的相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明自噬受體蛋白NDP52在識(shí)別自噬底物后可能先通過結(jié)合RB1CC1招募ULK復(fù)合物，并通過NAP1招募TBK1激酶，原位介導(dǎo)自噬前體的產(chǎn)生，同時(shí)激活的TBK1可通過磷酸化NDP52來增強(qiáng)其結(jié)合ATG8家族蛋白的能力，從而進(jìn)一步促進(jìn)后續(xù)自噬前體的延伸和閉合過程。因此，該研究工作從生化和結(jié)構(gòu)角度對NDP52、NAP1、RB1CC1、ATG8家族蛋白間相互作用的分子機(jī)制提供了新見解，擴(kuò)展了領(lǐng)域內(nèi)對于自噬受體蛋白NDP52介導(dǎo)的選擇性自噬過程的分子機(jī)制的認(rèn)識(shí)。