細(xì)胞自噬是幾乎所有哺乳動(dòng)物細(xì)胞正常運(yùn)行所必需的一種重要分解代謝過程，其在細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的維持、胚胎發(fā)育、天然免疫、衰老等眾多的生理過程中扮演著重要的角色。同時(shí)，細(xì)胞自噬的功能異常與大量的人類疾病密切相關(guān)，比如癌癥和神經(jīng)退行性疾病等。TAX1BP1作為一個(gè)可結(jié)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扮演著重要角色。中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所生命過程小分子調(diào)控全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的潘李鋒課題組長期致力于TAX1BP1等自噬受體蛋白的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制研究。課題組前期的相關(guān)研究工作系統(tǒng)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(dá)蛋白Myosin VI相關(guān)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和分子機(jī)制（Journal of Molecular Biology. 2018,430,3283-3296；PNAS. 2018,115,E11651-E11660;Nature Communications. 2019,10(1):3459）。

近期，潘李鋒課題組在美國科學(xué)院院刊（PNAS）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（https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2315550121）。該團(tuán)隊(duì)首先利用核磁共振、等溫量熱滴定、光譜位移等多種實(shí)驗(yàn)方法，詳細(xì)研究了自噬受體蛋白TAX1BP1與自噬起始ULK復(fù)合物亞基RB1CC1之間的相互作用，首次發(fā)現(xiàn)TAX1BP1采用雙位點(diǎn)作用的模式結(jié)合RB1CC1，除了已知的TAX1BP1的SKICH結(jié)構(gòu)域能結(jié)合RB1CC1的coiled-coil結(jié)構(gòu)域之外，TAX1BP1的coiled-coil結(jié)構(gòu)域也可以與RB1CC1的C端區(qū)域（CTR）發(fā)生相互作用，并且RB1CC1的兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)在結(jié)合TAX1BP1時(shí)并不采用協(xié)同的作用模式。因此，RB1CC1和TAX1BP1之間的雙位點(diǎn)結(jié)合模式賦予了RB1CC1和TAX1BP1形成動(dòng)態(tài)寡聚物的能力。隨后，利用X射線單晶衍射技術(shù)，該團(tuán)隊(duì)首次解析了TAX1BP1SKICH/RB1CC1 coiled-coil復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，并基于該團(tuán)隊(duì)過去解析的TAX1BP1的SKICH結(jié)構(gòu)域結(jié)合NAP1的復(fù)合物結(jié)構(gòu)（PNAS. 2018,115,E11651-E11660），發(fā)現(xiàn)TAX1BP1的SKICH結(jié)構(gòu)域采用完全不同的區(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的coiled-coil和NAP1的coiled-coil會(huì)通過別構(gòu)效應(yīng)競爭結(jié)合TAX1BP1的SKICH結(jié)構(gòu)域，并且NAP1的FIR模序的引入可以介導(dǎo)穩(wěn)定的RB1CC1/TAX1BP1/NAP1三元六聚復(fù)合物的形成。進(jìn)一步通過相關(guān)的生化實(shí)驗(yàn)，該團(tuán)隊(duì)證實(shí)RB1CC1/TAX1BP1/NAP1三元復(fù)合物的結(jié)合模式為NAP1通過其FIR模序和N端的coiled-coil結(jié)構(gòu)域同時(shí)招募RB1CC1和TAX1BP1，并且TAX1BP1/NAP1/RB1CC1三元復(fù)合物可進(jìn)一步與TBK1激酶組裝形成四元復(fù)合物。此外，該團(tuán)隊(duì)首次解析了TAX1BP1的非經(jīng)典LIR（CLIR）基序結(jié)合哺乳動(dòng)物ATG8家族蛋白GABARAP的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，詳細(xì)闡明了TAX1BP1通過其CLIR模序選擇性識別ATG8家族蛋白的分子機(jī)制。最后，該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)單獨(dú)的TAX1BP1、TAX1BP1/RB1CC1二元復(fù)合物、TAX1BP1/NAP1/RB1CC1三元復(fù)合物與ATG8家族蛋白的結(jié)合能力不同，并通過相關(guān)的生化實(shí)驗(yàn)和結(jié)構(gòu)建模探討了其中的潛在機(jī)制。

圖1.TAX1BP1結(jié)合RB1CC1和ATG8家族蛋白的分子機(jī)制

綜上所述，該研究工作系統(tǒng)地研究了自噬受體蛋白TAX1BP1結(jié)合ATG8家族蛋白以及自噬起始ULK復(fù)合物亞基RB1CC1的分子機(jī)制及其相關(guān)的蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)，從結(jié)構(gòu)角度首次揭示了TAX1BP1結(jié)合ATG8家族蛋白和RB1CC1的獨(dú)特分子機(jī)制，并闡明了TAX1BP1、RB1CC1、NAP1、ATG8家族蛋白之間的相互關(guān)系。相關(guān)的研究結(jié)果表明，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(diǎn)模式結(jié)合RB1CC1進(jìn)而招募ULK復(fù)合物。其中，TAX1BP1和RB1CC1之間的相互作用不僅阻礙了TAX1BP1的CLIR基序與ATG8家族蛋白的結(jié)合，而且還可能導(dǎo)致ULK復(fù)合物寡聚并激活ULK復(fù)合物，從而原位誘導(dǎo)自噬前體的產(chǎn)生。隨后，TAX1BP1通過NAP1蛋白招募NAP1/TBK1復(fù)合物。其中，NAP1的引入將導(dǎo)致TAX1BP1和RB1CC1之間的相互作用發(fā)生重排，進(jìn)一步形成ULK/TAX1BP1/NAP1/TBK1超級復(fù)合物，并且釋放TAX1BP1的CLIR基序去結(jié)合錨定在自噬前體膜上的ATG8家族蛋白，進(jìn)而促進(jìn)后續(xù)自噬體的形成?？傊?，該研究工作從生化和結(jié)構(gòu)角度對TAX1BP1、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TAX1BP1介導(dǎo)的選擇性自噬過程的分子機(jī)制的認(rèn)識。

圖2.TAX1BP1在選擇性自噬過程中招募ULK、TBK1復(fù)合物以及ATG8家族蛋白的工作模式圖

潘李鋒課題組已畢業(yè)的張明芳博士為本文的第一作者。上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金委、科技部國家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)項(xiàng)目、上海市科委、中國科學(xué)院青年交叉團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目和生命過程小分子調(diào)控全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助。