日本科学家在体外重建了自噬小体阐明柔性网形成机制

　　一个日本研究小组首次在体外重建了形成自噬体所需的膜内翻过程，并表明这一过程是由Atg8蛋白和一组酶介导的。预计将有助于促进与自噬有关的各种疾病的治疗和预防方法的研究。

　　

北海道大学Nobuo Noda教授领导的研究小组首次在体外重建了形成自噬小体(1)所需的膜内陷过程，表明该过程是由在自噬中起核心作用的Atg8蛋白(2)和一组进行其脂化反应的酶介导的。自噬是一种分解和再利用细胞中有害或不需要物质的机制。先前已知Atg8和负责脂化的E1, E2和E3酶在自噬中起核心作用，但它们在自噬体形成中的作用，特别是在形成其形状的过程中，知之甚少。

在体外实验中，该小组发现，当所有脂化的Atg8和E1-E2-E3酶存在时，膜内陷。此时，高速原子力显微镜(3)和核磁共振(4)分析显示，这些蛋白质通过内在无序区域在膜上形成灵活的高阶复合物(5)。此外，酵母实验证实，在自噬体形成过程中，E1酶也与Atg8、E2和E3酶一起定位于膜上，而此前E1酶在细胞内的定位是未知的。这些结果表明，这些蛋白质共同作用形成自噬体。

这项研究揭示了自噬体形成的新机制，并有望导致特异性调节自噬的药物的开发。

该研究小组由微生物化学研究所的高级研究员Tatsuro Maruyama和博士后研究员Mohammed Jahangir Alam与东京工业大学教授Hitoshi Nakatogawa博士小组合作组成。

这一结果来自JST战略基础研究项目团队研究领域CREST:“细胞内成分的时空动力学”研究课题:“多层次高阶结构成分驱动的自噬动力学”。在这个领域，我们的目标是通过观察和测量细胞中高阶结构的动力学，从超分子复合物到细胞器和无膜细胞器，并分析它们的功能相关性，来全面了解细胞。

(1)自噬小体

自噬诱导时在细胞质中新产生的双层细胞器。被自噬体包围的所有物质(如各种蛋白质和线粒体)都被运送到溶酶体(酵母中的液泡)，在那里它们被一组降解酶的作用降解。

(2) Atg蛋白

它是在酵母中发现的一组参与自噬的蛋白质的名称，迄今为止已经报道了40多种。它们大致按以下公式依次命名:“Atg”+它们被识别的编号。在Atg蛋白中，有19种对饥饿期间自噬体的形成很重要。

(3)高速原子力显微镜

这是一种基于探针和样品之间作用的原子力来可视化分子形状的显微镜，可以观察生物分子，如蛋白质在溶液中的运动，其空间分辨率为纳米，时间分辨率为亚秒。

(4)核磁共振

放置在强磁场中的原子核与频率(共振频率)的电磁波相互作用，该频率与原子核和周围环境的性质相对应。核磁共振是一种光谱学方法，通过观察蛋白质和其他物质的电磁波作为信号，无创地获取蛋白质和其他物质的结构和性质信息。

(5)内在无序区域

一种存在于蛋白质结构中的柔性区域，不采取固定的三维结构。它通过与其他蛋白质和核酸的相互作用参与各种细胞过程。

Complete set of the Atg8–E1–E2–E3 conjugation machinery forms an interaction web that mediates membrane shaping