|
随着质谱分析技术的进步，大量蛋白翻译后修饰（post-translational modification, PTM）类型都陆续被鉴定，包括磷酸化、泛素化和乙酰化等等。时至今日，发现全新的蛋白翻译后修饰变得越来越难。难归难，但并不代表没有。笔者今天隆重介绍给大家的ATG8ylation就是一种近年来发现的全新的蛋白翻译后修饰。介绍ATG8ylation之前，有必要先给大家简要介绍一下ATG8的脂质化（lipidation）修饰。相信对对细胞自噬稍有了解的人对于ATG8的脂质化修饰不会陌生。ATG8蛋白（哺乳动物细胞内为LC3家族蛋白）的脂质化修饰是自噬体形成过程中的重要事件。在两个类泛素化系统的作用下，细胞质可溶的ATG8蛋白连上脂质分子PE，成为膜结合形式的ATG8-PE分子，进而定位于自噬体膜。由于ATG8-PE具有稳定的自噬体定位特征，ATG8-PE一直是自噬领域广为采用的检测自噬体的金标准。从蛋白晶体结构上看，ATG8与泛素极为类似。更有意思的是，ATG8-PE的形成过程与蛋白质的泛素化过程也极为相似，因此被称为类泛素化反应。在E1样酶ATG7和E2样酶ATG3及E3样酶ATG12-ATG5-ATG16L1复合物的作用下，ATG8分子最终被共价连在PE上。换句话说， ATG8修饰的是脂质PE，而泛素修饰的是蛋白。问题来了，ATG8与泛素这么像，修饰脂质PE的过程又和泛素修饰蛋白的过程如出一辙，ATG8有没有可能修饰蛋白呢？答案当然是YES。2019年，英国科学家Robin Ketteler课题组以快速发表的方式在《JBC》上率先公布了新的蛋白翻译后修饰类型LC3ylation（也称为ATG8ylation）。他们做western blot的时候发现，在半胱氨酸蛋白酶ATG4B敲除的细胞中，LC3呈现梯状分布，与细胞内泛素的分布类型相似。由于在野生型细胞中，LC3极其容易被ATG4B从修饰的底物上切割下来，因此在野生型细胞中无法观察到LC3的梯状分布。这大概也是ATG8ylation为什么迟迟没有被发现的原因。在后续的研究中，Robin Ketteler课题组鉴定了第1个可以发生ATG8ylation的蛋白底物ATG3。大概是担心被其他同行抢先发表，Robin Ketteler课题组完全没有解析ATG8ylation的任何生物学功能，就匆匆在《JBC》上发表了他们的研究成果。由于在野生型细胞内几乎检测不到ATG8ylation，这也导致领域内对于ATG8ylation的质疑声渐起，是不是说明ATG8ylation可能是一种非特异的修饰方式，偶尔错误地修饰蛋白而已，只要ATG4B存在，就可以高效地清除这种非特异的修饰方式。看来，只有证明在某种条件下，在野生型细胞内也能检测到ATG8ylation，才能让大家认可ATG8ylation确实是一种全新的有一定生物学功能的蛋白翻译后修饰。一锤定音的工作并没有让大家等待太久。2021年5月份，澳大利亚科学家Michael Lazarou课题组一项发表于《Molecular Cell》的研究中，他们发现在溶酶体活性受到抑制的条件下，野生型细胞内的ATG16L1蛋白也能够发生ATG8ylation。至此，Michael Lazarou课题组不仅发现了细胞内第2个能够发生ATG8ylation的蛋白底物ATG16L1，同时也证明在在野生型细胞内也能检测到ATG8ylation。在刚刚发表于《JCB》的一篇观点文章中，Michael Lazarou课题组认为，蛋白的ATG8ylation可能是细胞应对压力刺激的一种方式。如在线粒体或者溶酶体损伤等条件下，ATG8ylation的发生可能会被特异地诱导起来，发挥某些未知的生物学功能。作为一种新型的蛋白翻译后修饰，关于ATG8ylation亟需解析的重要科学问题还有很多。例如介导ATG8ylation的E1样酶、E2样酶和E3样酶是什么？除了ATG3和ATG16L1，还有哪些蛋白在哪些条件下能够发生ATG8ylation？蛋白的ATG8ylation具有哪些潜在的生物学功能？只有这些基础性的重要科学问题得到了解答，蛋白的ATG8ylation才有可能像泛素化一样被整个学术界广为接受，并得到越来越多的实验室的跟踪研究。相信在接下来的数年内，围绕蛋白ATG8ylation的相关研究会如雨后春笋般涌现出来，大家尽可拭目以待。 - Agrotis, A. et al. (2019). Human ATG4 autophagy proteases counteract attachment of ubiquitin-like LC3/GABARAP proteins to other cellular proteins. J Biol Chem 294, 12610-12621.
- Nguyen, T.N. et al. (2021). ATG4 family proteins drive phagophore growth independently of the LC3/GABARAP lipidation system. Mol Cell 81, 2013-2030 e2019.
- Carosi, J.M. et al. (2021). ATG8ylation of proteins: A way to cope with cell stress? J Cell Biol 220.
|
