Science Advances | 陆军军医大学连继勤/何凤田发现蛋白质乙酰化修饰在自噬的启动起重要作用

真核生物在面临缺乏外部营养等环境变化时会启动自噬。然而，自噬启动的机制仍未完全阐明。

2022年8月3日，陆军军医大学连继勤及何凤田共同通讯在Science Advances在线发表题为“Deacetylation of ATG4B promotes autophagy initiation under starvation”的研究论文，该研究发现 ATG4B 的去乙酰化在饥饿诱导的自噬启动中起关键作用。具体来说，该研究证明了 ATG4B 在饥饿期间通过去乙酰化酶 SIRT2 在 K39 处的去乙酰化被激活。此外，饥饿以细胞周期蛋白 E/CDK2 抑制依赖的方式触发 SIRT2 去磷酸化和激活。同时，饥饿下调 p300，导致ATG4B 的 K39 处乙酰化降低。 

K39 去乙酰化还增强了 ATG4B 与 pro-LC3 的相互作用，从而促进 LC3-II 的形成。此外，使用 Sirt2 敲除小鼠的体内实验也证实了 SIRT2 介导的ATG4B 的 K39 处去乙酰化促进了饥饿诱导的自噬启动。总之，本研究揭示了一种乙酰化依赖性调节机制，该机制控制 ATG4B 在响应营养缺乏的自噬启动中的作用。

巨自噬/自噬是从酵母到人类的物种中高度保守的蛋白质或细胞器降解系统。它涉及自噬体将所需的可降解分子输送到液泡/溶酶体中。自噬是一个多步骤的过程，包括开始、膜扩张和延伸、自噬体与液泡/溶酶体的融合以及自溶酶体中成分的破坏。每个阶段都由不同的蛋白质控制。到目前为止，已经确定大约 40 个自噬相关 (ATG) 基因参与了自噬过程中这些复杂的膜动力学的调节。酵母和人类遗传学的最新进展极大地增强了对自噬分子机制和生理效应的认识。自噬功能障碍与各种生理和病理过程有关，包括发育、分化、代谢、免疫、炎症、癌症等。

自噬是由双膜自噬体的发育和成熟引发的，双膜自噬体摄取货物并将其运输到溶酶体进行降解。ATG 蛋白通过调节自噬体的起始和成熟而成为自噬的核心参与者。众所周知，一些 ATG 蛋白的功能受翻译后修饰 (PTM) 的调节，例如磷酸化、甲基化、乙酰化和泛素化。细胞中自噬的精细调节通过多种策略发生，包括 ATG 蛋白的 PTM。因此，探索先前未知的 ATG 蛋白的 PTM 至关重要，尤其是一些关键的 ATG 蛋白，如自噬相关的 4B 半胱氨酸肽酶 (ATG4B)。

ATG4 半胱氨酸蛋白酶切割新鲜产生的 ATG8 以暴露一个甘氨酸残基，该残基在自噬开始的脂化过程中与膜结合的磷脂酰乙醇胺 (PE) 结合。ATG4还可以在脱脂过程中从ATG8中去除PE。在人类中，最典型的 ATG8 异构体是微管相关蛋白 1 轻链 3 (LC3)。此外，ATG4B（但不是 ATG4A、ATG4C 和 ATG4D）对 LC3 表现出非常选择性的偏好（ATG4B 在激活 LC3 方面的催化效率是其他三种 ATG4 同种型的 1500 倍）。已经使用转基因小鼠模型检查了 ATG4B 在生理和病理学中的作用，并且已经证明 ATG4B 缺乏会导致全身自噬活性降低。此外，ATG4B 已被认为是癌症的生物标志物和治疗靶点。 

ATG4B 的水平或活性可以在转录、翻译和翻译后水平进行调节。之前的研究表明，热休克转录因子 1 (HSF1) 可增强 ATG4B 的转录并促进自噬，从而导致肝细胞癌细胞对表柔比星产生耐药性。此外，ATG4B的表达受到miR-34c-5p和miR-34a的抑制。此外，据报道，ATG4B 的磷酸化、泛素化、O-GlcNAcylation、S-亚硝基化和氧化修饰对其功能和活性很重要。例如，ATG4B 在 S316、S383 或 S392 的磷酸化对其活性至关重要。然而，目前尚不清楚 ATG4B 的活性和功能是否可以通过乙酰化来调节。

ε-氨基上赖氨酸残基的乙酰化最近已成为蛋白质功能调节的关键 PTM，它影响多种生理和病理过程，如发育、细胞增殖、代谢、炎症和癌症。最近，越来越多的证据表明蛋白质乙酰化可能在自噬调节中起重要作用。乙酰辅酶 A (Ac-CoA) 是蛋白质乙酰化的唯一乙酰基供体，已被证明可以防止由饥饿和衰老引起的自噬。许多调节剂和自噬机制关键成分，包括 unc-51 样激酶 1 (ULK1)、ATG5、ATG7、ATG8、ATG12、sequestosome 1 (SQSTM1) 和 LC3，已显示其乙酰化水平发生变化并控制自噬。然而，目前尚不清楚 ATG4B是否受乙酰化调控。

在本研究中，发现 ATG4B 乙酰化水平与营养剥夺下的自噬呈负相关。从机制上讲，p300 促进了ATG4B的 K39乙酰化，而沉默信息调节器 2 (SIRT2) 增强了ATG4B同一位点的去乙酰化。饥饿下调 p300 蛋白水平并增加 SIRT2 活性，导致 ATG4B 在 K39 处去乙酰化，随后上调 ATG4B 活性和自噬启动。在 Sirt2 敲除 (Sirt2-/-) 小鼠中的体内研究还表明，SIRT2 通过减少ATG4B的 K39 处乙酰化来促进自噬。总之，该研究结果阐明了一种以前未知的分子机制，乙酰化通过该机制控制 ATG4B 在自噬启动中的活性和功能。

参考消息：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo0412

转自： iNature

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