上海有機所在自噬受體蛋白TAX1BP1的結構和作用機制研究中獲進展

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，在細胞內穩態的維持、胚胎發育、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，首次發現了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端區域發生相互作用，且RB1CC1的兩個結合位點在結合TAX1BP1時不采用協同的作用模式。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，發現了TAX1BP1的SKICH結構域采用不同的區域和作用模式去結合RB1CC1和NAP1。后續研究表明，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。該團隊發現單獨的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控全國重點實驗室的支持。

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