PLOS Biology | 杜立林实验室发现内质网自噬与核自噬的必需因子

2023年11月8日，北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院杜立林实验室在《PLOS Biology》在线发表题为“The ortholog of human REEP1-4 is required for autophagosomal enclosure of ER-phagy/nucleophagy cargos in fission yeast”的研究论文。在该研究中，作者在模式生物裂殖酵母中鉴定到一个内质网自噬与核自噬所必需的蛋白并将其命名为Yep1。作者发现Yep1 对于内质网自噬与核自噬过程中自噬体对自噬货物的包裹至关重要。

内质网是真核生物中重要且复杂的一种细胞器。包围细胞核的核膜与内质网相连通。在营养饥饿或内质网胁迫条件下，细胞通过被称为内质网自噬的选择性自噬过程降解内质网。当内质网自噬发生时，部分内质网在选择性自噬受体介导下先被包裹入自噬体中，再通过自噬体与溶酶体的融合被运送入溶酶体内降解。核膜也会被选择性自噬所降解，而且在自噬体包裹核膜时也会将核质的一部分包裹进去。这种降解细胞核组分的选择性自噬过程被称为核自噬。内质网自噬与核自噬的分子机制尚未充分阐明。

在该研究中，作者开展了基于高内涵显微分析的对化学诱变突变体的遗传筛选，获得了一个不能发生内质网自噬的突变体。之后，作者利用基于高通量测序的遗传连锁分析把该突变体中造成表型的突变定位在了yep1基因上。通过对yep1敲除突变体的分析，作者发现，Yep1的缺失并不影响内质网自噬与核自噬过程中选择性自噬受体Epr1与自噬核心蛋白Atg8的结合，但会导致内质网自噬与核自噬货物无法被成功包裹入自噬体，而是积累在细胞质中(图1)。作者发现，在胞质中积累的核自噬货物的内膜与内质网/核膜不再相连，但外膜仍与内质网/核膜相连。作者推测，yep1敲除所导致的内质网自噬与核自噬缺陷有两种可能原因：一是Yep1可能参与货物外膜与内质网/核膜断开的过程，即在缺乏Yep1时，因货物外膜未能与内质网/核膜断开导致货物无法被自噬体成功包裹；二是Yep1在自噬体前体上参与包裹货物的过程。

图1：电镜分析显示yep1敲除突变体中内质网自噬与核自噬货物在胞质中积累

通过进一步分析，作者发现Yep1具有内质网塑形能力，这一能力对于其在内质网自噬中的功能是重要的。另外，作者发现Yep1在内质网自噬中的功能依赖于其自我相互作用以及其羧基端的双亲螺旋。

Yep1属于在真核生物中保守的REEP蛋白家族。这个蛋白家族包括两个亚家族：REEP1-4亚家族和REEP5-6亚家族。Yep1是REEP1-4亚家族的蛋白。作者发现，人的REEP1-4亚家族蛋白能在裂殖酵母中替代Yep1行使内质网自噬功能，但人的REEP5-6亚家族蛋白则不能替代Yep1。作者还发现，芽殖酵母中参与内质网自噬的Atg40蛋白也是REEP1-4亚家族的成员，能在裂殖酵母中替代Yep1行使内质网自噬功能。这些发现提示，REEP1-4亚家族蛋白可能在真核生物中普遍参与内质网自噬。

北京生命科学研究所的博士生邹晨曦为论文的第一作者，杜立林研究员为论文的通讯作者。其余作者包括北京生命科学研究所的马炷惠、姜招弟研究员、潘兆倩、许丹丹、索芳、邵光灿以及董梦秋研究员。该研究得到了科技部、北京市政府和清华大学的资助，在北京生命科学研究所完成。