自噬受體蛋白NDP52的結構和作用機制研究方面取得進展

　　細胞自噬是哺乳動物細胞中高度受調控的，依賴溶酶體來降解受損細胞器、入侵病原體、大型蛋白聚集體等成分以應對內外界細胞壓力和維持細胞動態平衡的重要分解代謝過程。自噬受體蛋白（autophagy receptor）是一類在選擇性細胞自噬過程中發揮舉足輕重作用的銜接蛋白，它可以作為一個橋聯蛋白把目標底物與自噬體聯系起來，從而介導目標底物的選擇性自噬過程。眾多人類疾病，比如克羅恩病（Crohn disease）、神經退行性疾病等，均與自噬受體蛋白的功能異常或缺失相關。NDP52是哺乳動物細胞中一個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展，但是許多重要的深層次作用機制沒有得到很好地闡述。中國科學院上海有機化學研究所生命有機化學國家重點實驗室潘李鋒研究團隊長期致力于自噬受體蛋白NDP52的結構和作用機制研究。研究團隊組前期的相關研究工作系統闡明了自噬受體蛋白NDP52識別泛素蛋白、TBK1相關腳手架蛋白NAP1和分子馬達蛋白Myosin VI的結構基礎和相關分子機制。

　　近期，該研究團隊在Science Advances發表了題為Structural and biochemical advances on the recruitment of the autophagy-initiating ULK and TBK1 complexes by autophagy receptor NDP52的研究論文。團隊首先利用凝膠共遷移、等溫量熱滴定、分析型超速離心技術、液體核磁共振等多種實驗方法，詳細研究了自噬受體蛋白NDP52與自噬起始ULK復合物亞基RB1CC1之間的相互作用，**發現除了其SKICH結構域可以結合RB1CC1的C端第二個Coiled-coil區域外，NDP52的非經典LIR區域也可以特異性地結合RB1CC1的Claw結構域，表明NDP52會采用雙位點的作用模式來結合RB1CC1。隨后，利用X射線單晶衍射技術，該團隊**解析了NDP52 SKICH/RB1CC1 Coiled-coil復合物的晶體結構，并基于團隊過去解析的NDP52的SKICH結構域結合NAP1的復合物結構，發現NDP52的SKICH采用完全不同的區域和作用模式去結合RB1CC1和NAP1。有趣的是，后續的研究表明RB1CC1和NAP1會通過別構效應競爭結合NDP52的SKICH結構域，但是由于NAP1中FIR模序的存在可以介導RB1CC1/NDP52/NAP1三元復合物的形成。同時，該團隊也解析了NAP1的FIR模序結合RB1CC1的Claw結構域的復合物結構，詳細闡明了NAP1結合RB1CC1的分子機制。后續基于氨基酸序列的比對分析，發現NAP1的FIR與NDP52的非經典LIR具有非常相似的序列類型，并進一步通過點突變等生化實驗證實NDP52的非經典LIR模序也采用相似的作用模式去結合RB1CC1的Claw結構域，進而系統闡明了NDP52和RB1CC1之間相互作用的分子機制。此外，通過相關生化研究，該團隊還發現與NDP52的LIR類似，NAP1的FIR也可以選擇性地識別ATG8家族蛋白，并進一步解析了NAP1的FIR結合GABARAP的復合物結構，揭示了NAP1識別ATG8家族蛋白的分子機制。同時，通過phos-tag膠、磷酸化質譜分析等實驗方法證明了TBK1能通過磷酸化NDP52中LIR模序的T137殘基來增強NDP52與ATG8家族蛋白之間的相互作用，并發現RB1CC1的Claw結構域和ATG8家族蛋白會競爭結合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的作用模式來結合RB1CC1的分子機制，同時，發現TBK1激酶對NDP52的磷酸化修飾能進一步增強NDP52對ATG8家族蛋白的結合，揭示了NAP1的FIR模序對RB1CC1/NAP1/NDP52三元復合物形成的重要作用。該研究工作的相關實驗結果表明自噬受體蛋白NDP52在識別自噬底物后可能先通過結合RB1CC1招募ULK復合物，并通過NAP1招募TBK1激酶，原位介導自噬前體的產生，同時激活的TBK1可通過磷酸化NDP52來增強其結合ATG8家族蛋白的能力，從而進一步促進后續自噬前體的延伸和閉合過程。因此，該研究工作從生化和結構角度對NDP52、NAP1、RB1CC1、ATG8家族蛋白間相互作用的分子機制提供了新見解，擴展了領域內對于自噬受體蛋白NDP52介導的選擇性自噬過程的分子機制的認識。