細胞自噬是幾乎所有哺乳動物細胞正常運行所必需的分解代謝過程，在細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的維持、胚胎發(fā)育、天然免疫、衰老等生理過程中扮演著重要角色。同時，細胞自噬的功能異常與大量人類疾病相關，如癌癥和神經(jīng)退行性疾病等。TAX1BP1作為可結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發(fā)揮重要作用。

中國科學院上海有機化學研究所生命過程小分子調(diào)控全國重點實驗室潘李鋒課題組，致力于TAX1BP1等自噬受體蛋白的結構和作用機制的研究。前期，該課題組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相關的結構基礎與分子機制。

近期，潘李鋒課題組在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上，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。該團隊利用核磁共振、等溫量熱滴定、光譜位移等實驗方法，探究了自噬受體蛋白TAX1BP1與自噬起始ULK復合物亞基RB1CC1之間的相互作用，首次發(fā)現(xiàn)了TAX1BP1采用雙位點作用的模式結合RB1CC1。除已知的TAX1BP1的SKICH結構域能結合RB1CC1的coiled-coil結構域外，TAX1BP1的coiled-coil結構域亦可以與RB1CC1的C端區(qū)域發(fā)生相互作用，且RB1CC1的兩個結合位點在結合TAX1BP1時不采用協(xié)同的作用模式。因此，RB1CC1和TAX1BP1之間的雙位點結合模式賦予了RB1CC1和TAX1BP1形成動態(tài)寡聚物的能力。進而，利用X射線單晶衍射技術，該團隊首次解析了TAX1BP1SKICH/RB1CC1 coiled-coil復合物的晶體結構，并基于團隊此前解析的TAX1BP1的SKICH結構域結合NAP1的復合物結構，發(fā)現(xiàn)了TAX1BP1的SKICH結構域采用不同的區(qū)域和作用模式去結合RB1CC1和NAP1。后續(xù)研究表明，RB1CC1的coiled-coil和NAP1的coiled-coil通過別構效應競爭結合TAX1BP1的SKICH結構域，同時，NAP1的FIR模序的引入可以介導穩(wěn)定的RB1CC1/TAX1BP1/NAP1三元六聚復合物的形成。進一步通過相關的生化實驗，該團隊證實RB1CC1/TAX1BP1/NAP1三元復合物的結合模式為NAP1通過其FIR模序和N端的coiled-coil結構域同時招募RB1CC1和TAX1BP1，以及TAX1BP1/NAP1/RB1CC1三元復合物可進一步與TBK1激酶組裝形成四元復合物。此外，該研究首次解析了TAX1BP1的非經(jīng)典LIR（CLIR）基序結合哺乳動物ATG8家族蛋白GABARAP的復合物結構，剖析了TAX1BP1通過其CLIR模序選擇性識別ATG8家族蛋白的分子機制。該團隊發(fā)現(xiàn)單獨的TAX1BP1、TAX1BP1/RB1CC1二元復合物、TAX1BP1/NAP1/RB1CC1三元復合物與ATG8家族蛋白的結合能力不同，并通過相關的生化實驗和結構建模探討了潛在機制。

該研究探索了自噬受體蛋白TAX1BP1結合ATG8家族蛋白以及自噬起始ULK復合物亞基RB1CC1的分子機制及其相關的蛋白相互作用網(wǎng)絡，從結構角度首次揭示了TAX1BP1結合ATG8家族蛋白和RB1CC1的獨特分子機制，并闡釋了TAX1BP1、RB1CC1、NAP1、ATG8家族蛋白之間的相互關系。研究表明，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合RB1CC1進而招募ULK復合物。其中，TAX1BP1和RB1CC1之間的相互作用，不僅阻礙TAX1BP1的CLIR基序與ATG8家族蛋白的結合，而且可能導致ULK復合物寡聚并激活ULK復合物，從而原位誘導自噬前體產(chǎn)生。進一步，TAX1BP1通過NAP1蛋白招募NAP1/TBK1復合物。其中，NAP1的引入將導致TAX1BP1和RB1CC1之間的相互作用發(fā)生重排，形成ULK/TAX1BP1/NAP1/TBK1超級復合物，并釋放TAX1BP1的CLIR基序去結合錨定在自噬前體膜上的ATG8家族蛋白，促進后續(xù)自噬體的形成。該成果從生化和結構角度對TAX1BP1、NAP1、RB1CC1、ATG8家族蛋白間相互作用的分子機制提出了新見解，擴展了領域內(nèi)對于自噬受體蛋白TAX1BP1介導的選擇性自噬過程的分子機制的認識。

研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、中國科學院青年交叉團隊項目，以及上海市科學技術委員會和生命過程小分子調(diào)控全國重點實驗室的支持。

論文鏈接

TAX1BP1結合RB1CC1和ATG8家族蛋白的分子機制

TAX1BP1在選擇性自噬過程中招募ULK、TBK1復合物及ATG8家族蛋白的工作模式圖