崔隽课题组揭示E3泛素连接酶NEDD4-1对VPS34的泛素化调控新机制

细胞自噬(autophagy)是发生在真核生物体内的基本生理活动,主要通过形成自噬小体,降解细胞内有害的蛋白聚集物、老化的细胞器和侵染机体的病原微生物等,在维持机体内稳态过程中发挥不可或缺的作用【1】。泛素化(ubiquitination)是生物体中最为重要的细胞信号网络调控机制之一【2】。泛素(ubiquitin)是具有76个氨基酸的高度保守多肽序列,通过一系列的泛素连接酶,形成泛素链,调控蛋白的稳定性和功能【3】。自噬反应由一系列的自噬相关蛋白 (autophagy-relatedproteins , ATGs) 调控,而泛素化可以通过调控这些蛋白来调节自噬过程。其中,VPS34(Vacuolarprotein-sorting 34)是自噬起始的核心蛋白,在自噬激活条件下,VPS34与Beclin-1、VPS15和ATG14L相互作用形成VPS34复合体,对自噬小体的成核具有重要作用,但其严格控制的调控机制尚不清楚【4】

2020年2月25日,中山大学生命科学学院崔隽课题组在Cell Reports杂志上在线发表了题为Auto-ubiquitination of NEDD4-1 recruits USP13 to facilitate autophagy through deubiquitinating VPS34 的研究论文。该研究首次揭示了NEDD4-1协同去泛素化酶USP13通过改变VPS34的K48泛素化修饰,调控细胞自噬的分子机制。

崔隽课题组发现NEDD4-1能够通过靶向VPS34,正向调控自噬过程。在自噬诱导条件下,NEDD4-1与VPS34的相互作用显著增强。NEDD4-1能够稳定VPS34复合体的核心成员蛋白,包括VPS34、Beclin-1、VPS15、ATG14L和UVRAG,但是VPS34缺失后,NEDD4-1稳定VPS34复合体的功能明显受到抑制。通过CRISPR/Cas9 技术构建了NEDD4-1敲除的A549细胞系,发现NEDD4-1的缺失会导致VPS34蛋白水平的下调。

泛素化修饰可以影响自噬过程的ATG蛋白的稳定性或活性,为了研究VPS34的蛋白降解是否受到泛素化修饰的影响,研究者探索了NEDD4-1缺失后VPS34的泛素化水平,发现NEDD4-1能够抑制VPS34的K48类型的多泛素化修饰。K48泛素化修饰一般介导蛋白质通过26S蛋白酶体降解,而NEDD4-1正是通过去除VPS34的K419位点上的K48类型泛素链来稳定VPS34。进一步发现NEDD4-1首先在其K1279位点发生K29类型的自身泛素化,然后作为平台招募去泛素化酶USP13,形成NEDD4-1-USP13去泛素化复合体,最后靶向并切割VPS34的K48泛素链,进而稳定VPS34,促进自噬过程。

NEDD4-1/USP13复合物通过稳定VPS34正向调控自噬的工作模式图

据悉,崔隽教授为该论文通讯作者,第一作者为中山大学生命科学学院博士研究生谢伟红和副教授金寿恒

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.01.088

1. Clarke, A.J. and A.K. Simon, Autophagy in the renewal, differentiationand homeostasis of immune cells. Nat Rev Immunol, 2019. 19(3): p. 170-183.

2. Hu, H. and S.C.Sun, Ubiquitin signaling in immuneresponses. Cell Res, 2016. 26(4):p. 457-83.

3. Kwon, Y.T. and A.Ciechanover, The Ubiquitin Code in theUbiquitin-Proteasome System and Autophagy. Trends Biochem Sci, 2017. 42(11): p. 873-886.

4. Levine, B. and G.Kroemer, Biological Functions ofAutophagy Genes: A Disease Perspective. Cell, 2019. 176(1-2): p. 11-42.

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