2022年3月15日，上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院/上海市現(xiàn)代種業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心薛紅衛(wèi)課題組和生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院林文慧課題組合作在《自噬（Autophagy）》雜志（2020 IF：16.016）發(fā)表題為“Phosphatidic acid suppresses autophagy through competitive inhibition by binding GAPC（glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase） and PGK （phosphoglycerate kinase） proteins”的研究論文，揭示了PA通過結(jié)合3-磷酸甘油醛脫氫酶（GAPCs）或磷酸甘油酸激酶3（PGK3），競(jìng)爭(zhēng)性抑制自噬關(guān)鍵復(fù)合體的形成，進(jìn)而抑制細(xì)胞自噬，為細(xì)胞自噬調(diào)控機(jī)制研究提供了重要線索。

 

　　細(xì)胞自噬（autophagy）是真核生物細(xì)胞內(nèi)降解異常生物大分子或細(xì)胞器以循環(huán)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過程，在生物體生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控中發(fā)揮重要作用，其異常將導(dǎo)致細(xì)胞失衡甚至死亡。細(xì)胞自噬需要自噬相關(guān)基因（AuTophaGy-related gene, ATG）的參與，包括ATG1蛋白激酶復(fù)合體、ATG9復(fù)合體、磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）復(fù)合體、ATG8-磷脂酰乙醇胺（PE）和ATG5-ATG12類泛素修飾系統(tǒng)等。細(xì)胞自噬參與了動(dòng)物細(xì)胞的蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)、葡萄糖代謝、脂質(zhì)代謝、衰老等，其異常導(dǎo)致神經(jīng)性疾病、腫瘤等；也在植物生長(zhǎng)發(fā)育，特別是逆境響應(yīng)中起重要作用，ATG基因的缺失導(dǎo)致擬南芥葉片葉綠體破壞、提前衰老、先天免疫激活以及生物和非生物脅迫耐受性受損。

 

　　磷脂分子（Phospholipid）是指含有磷酸的脂類，除參與組成細(xì)胞膜外，還參與了生長(zhǎng)發(fā)育、環(huán)境響應(yīng)等調(diào)控。其中磷脂酸（PA）作為一種重要的信號(hào)分子，通過結(jié)合不同靶蛋白并影響相關(guān)蛋白的活性、亞細(xì)胞定位、蛋白質(zhì)的相互作用或復(fù)合物的組裝，從而參與各種信號(hào)途徑和生理過程，如激素作用、逆境響應(yīng)、節(jié)律等。動(dòng)物中的研究表明自噬體的生物發(fā)生與磷脂分子及其結(jié)合蛋白密切相關(guān)，但磷脂分子在植物自噬中的功能及相關(guān)作用機(jī)制仍不清楚。

 

　　通過細(xì)胞學(xué)觀察，該研究發(fā)現(xiàn)PA能夠抑制植物自噬，系統(tǒng)的生化、遺傳學(xué)研究表明PA結(jié)合糖酵解關(guān)鍵蛋白GAPCs或PGK3，并促進(jìn)GAPCs-ATG3或PGK3-ATG6的相互作用，進(jìn)一步削弱了自噬關(guān)鍵復(fù)合體ATG3-ATG8e或ATG6-VPS34的形成，從而抑制自噬。結(jié)構(gòu)生物學(xué)預(yù)測(cè)、蛋白結(jié)構(gòu)分子對(duì)接和突變分析驗(yàn)證了PA結(jié)合GAPCs或PGK3的關(guān)鍵位點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)GAPCs或ATG8e競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合ATG3、PGK3或VPS34競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合ATG6的相同結(jié)合表面，為競(jìng)爭(zhēng)性抑制提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。PA與GAPCs或PGK3蛋白內(nèi)的空腔結(jié)合，暗示與PA結(jié)合的GAPCs和PGK3蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)更緊密，有助于形成GAPCs-ATG3或PGK3-ATG6復(fù)合物。這些結(jié)果極大擴(kuò)展了對(duì)自噬調(diào)節(jié)的理解，也為PA通過結(jié)合靶蛋白發(fā)揮調(diào)控作用提供了新思路。

 

　　PA并不直接抑制自噬，而是通過競(jìng)爭(zhēng)性的方式來抑制，就像傳統(tǒng)中國(guó)功夫里的“隔山打牛”，效果顯著。考慮到PA產(chǎn)生和自噬體形成的保守性，這些結(jié)果為PA如何降低動(dòng)物體內(nèi)ATG6與VPS34的親和力提供了線索。此外，基于磷脂在哺乳動(dòng)物和植物細(xì)胞中相對(duì)保守的功能和調(diào)節(jié)機(jī)制，PA通過結(jié)合糖酵解蛋白抑制自噬有助于細(xì)胞自噬調(diào)控機(jī)制的進(jìn)一步闡明，具有重要的科學(xué)意義。

 

　　在環(huán)境刺激和營(yíng)養(yǎng)缺乏情況下，自噬被顯著誘導(dǎo)，同時(shí)產(chǎn)生大量PA抑制自噬，形成一個(gè)反饋調(diào)節(jié)環(huán)將自噬維持在適當(dāng)?shù)乃?。該研究首次解析PA通過結(jié)合GAPC或PGK3從而抑制植物自噬，加深了對(duì)PA作用模式的理解，不但證明了磷脂分子在自噬中的重要作用，也為細(xì)胞自噬調(diào)控機(jī)制研究提供了重要線索。

 

　　上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院博士后管彬?yàn)楸疚牡谝蛔髡撸ó厴I(yè)于中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心），農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院薛紅衛(wèi)教授和生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院林文慧研究員為共同通訊作者。生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士生姜雨彤和農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院博士后林德立參與了研究工作。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、“萬人計(jì)劃”及“作物逆境生物學(xué)”河南省協(xié)同創(chuàng)新中心的資助。

 

　　原文鏈接：https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/15548627.2022.2046449