前沿 | 生科院梁永恒教授团队与合作单位共同揭示细胞自噬过程的新模式及生理意义

10月13日，我校生科院梁永恒实验室同合作单位在遗传学著名期刊PLoS Genetics发表题为“The entry of unclosed autophagosomes into vacuoles and its physiological relevance”的研究论文。报道了酵母突变体中未闭合的自噬体(自噬前体)在长时间自噬诱导条件下可以进入液泡发生降解被循环利用，从而使得这样的二倍体酵母突变体也能完成生殖，得以存活。这突破了自噬领域内一直认为只有闭合自噬体才能与液泡进行融合完成自噬过程的认知。该研究对真核生物中因自噬体不能闭合造成的相关自噬缺陷表型的改善具有指导意义。

日本科学家大隅良典因就细胞自噬机制研究方面的开创性贡献而获得2016年的诺贝尔生理或医学奖，使细胞自噬研究的意义愈发凸显。自噬过程中包裹待降解物的双层膜自噬前体闭合成为成熟的自噬体后与液泡融合进入液泡内部成为自噬小体或与溶酶体融合后将自噬体转化为自噬溶酶体，之后自噬小体或自噬体内膜包裹的组分被液泡或溶酶体水解酶降解后得以循环利用。如果自噬体与液泡/溶酶体不能融合，自噬过程将被完全中断并造成严重的生理缺陷。

梁永恒实验室在过去十年间系列报道了自噬前体闭合的调控因子和分子机制，发现短时间自噬诱导条件下酵母中小G蛋白Vps21通过将ESCRT复合体招募至自噬前体上对自噬前体进行封口(Chen et al., 2014; Zhou et al., 2017; Zhou et al., 2019a; 2019b)。因此，在Vps21或ESCRT复合体亚基缺失的细胞中，自噬前体不能闭合，堆积于液泡外。但在这些研究过程中，该实验室发现一些特殊的细节，即这些突变体中自噬前体在液泡外的堆积程度与菌龄及菌体是否含液泡水解酶Pep4等有关，且同一批菌中也不是所有的菌都会发生堆积。通过对这些细节的解析，发现均与液泡内的水解酶水平有关。重点针对Vps21缺失菌株开展研究，在长时间自噬诱导条件下，通过荧光显微镜及电镜观察，发现液泡外堆积的(未闭合)自噬体进入了液泡。进一步通过冷冻聚焦离子束切割和冷冻电子断层扫描技术发现这些自噬体位于液泡外时是双层膜结构而位于液泡内时已变为单层膜结构。当用蛋白酶保护实验进行测定发现无论这些膜结构是位于液泡外还是液泡内，均为没有闭合的膜结构。当这些膜结构进入液泡降解后可以被循环利用，从而使得这样的二倍体酵母突变体也能进行减数分裂和产孢进行繁殖和存活，而不会像典型的自噬缺陷突变体那样不育。

该论文以南京农业大学为第一知识产权单位，生命科学学院已毕业博士生吴祖林，硕士生徐海倩、蔡娟、在读硕士生陈云及合作单位中科院生物物理所博士王培、中国科学技术大学生命科学学院在读博士生刘玲为共同第一作者;梁永恒教授，中科院生物物理所薛艳红研究员和中国科学技术大学生命科学学院符传孩教授为共同通讯作者。梁永恒教授实验室的其他多名研究生及上海交通大学的谢志平教授参与了该研究。该研究得到国家自然科学基金面上项目，国家重点研发计划和微生物代谢国家重点实验室(上海交通大学)开放课题的资助。

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