細胞自噬是幾乎所有哺乳動(dòng)物細胞正常運行所必需的一種重要分解代謝過(guò)程，其在細胞內穩態(tài)的維持、胚胎發(fā)育、天然免疫、衰老等眾多的生理過(guò)程中扮演著(zhù)重要的角色。同時(shí)，細胞自噬的功能異常與大量的人類(lèi)疾病密切相關(guān)，比如癌癥和神經(jīng)退行性疾病等。TAX1BP1作為一個(gè)可結合泛素的多功能自噬受體蛋白，在降解入侵病原體、蛋白聚集體、受損溶酶體等選擇性自噬過(guò)程中扮演著(zhù)重要角色。中科院上海有機化學(xué)研究所生命過(guò)程小分子調控全國重點(diǎn)實(shí)驗室的潘李鋒課題組長(cháng)期致力于TAX1BP1等自噬受體蛋白的結構和作用機制研究。課題組前期的相關(guān)研究工作系統闡明了自噬受體蛋白TAX1BP1識別泛素蛋白、腳手架蛋白NAP1和分子馬達蛋白Myosin VI相關(guān)的結構基礎和分子機制（Journal of Molecular Biology.?2018,?430, 3283-3296；PNAS.?2018,?115, E11651-E11660;?Nature Communications.?2019, 10(1):3459）。

近期，潘李鋒課題組在美國科學(xué)院院刊（PNAS）在線(xiàn)發(fā)表了題為“Mechanistic insights into the interactions of?TAX1BP1?with RB1CC1 and mammalian ATG8 family proteins”的研究論文（https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2315550121）。該團隊首先利用核磁共振、等溫量熱滴定、光譜位移等多種實(shí)驗方法，詳細研究了自噬受體蛋白TAX1BP1與自噬起始ULK復合物亞基RB1CC1之間的相互作用，首次發(fā)現TAX1BP1采用雙位點(diǎn)作用的模式結合RB1CC1，除了已知的TAX1BP1的SKICH結構域能結合RB1CC1的coiled-coil結構域之外，TAX1BP1的coiled-coil結構域也可以與RB1CC1的C端區域（CTR）發(fā)生相互作用，并且RB1CC1的兩個(gè)結合位點(diǎn)在結合TAX1BP1時(shí)并不采用協(xié)同的作用模式。因此，RB1CC1和TAX1BP1之間的雙位點(diǎn)結合模式賦予了RB1CC1和TAX1BP1形成動(dòng)態(tài)寡聚物的能力。隨后，利用X射線(xiàn)單晶衍射技術(shù)，該團隊首次解析了TAX1BP1SKICH/RB1CC1 coiled-coil復合物的晶體結構，并基于該團隊過(guò)去解析的TAX1BP1的SKICH結構域結合NAP1的復合物結構（PNAS. 2018, 115, E11651-E11660），發(fā)現TAX1BP1的SKICH結構域采用完全不同的區域和作用模式去結合RB1CC1和NAP1。有趣的是，后續的研究表明，RB1CC1的coiled-coil和NAP1的coiled-coil會(huì )通過(guò)別構效應競爭結合TAX1BP1的SKICH結構域，并且NAP1的FIR模序的引入可以介導穩定的RB1CC1/TAX1BP1/NAP1三元六聚復合物的形成。進(jìn)一步通過(guò)相關(guān)的生化實(shí)驗，該團隊證實(shí)RB1CC1/TAX1BP1/NAP1三元復合物的結合模式為NAP1通過(guò)其FIR模序和N端的coiled-coil結構域同時(shí)招募RB1CC1和TAX1BP1，并且TAX1BP1/NAP1/RB1CC1三元復合物可進(jìn)一步與TBK1激酶組裝形成四元復合物。此外，該團隊首次解析了TAX1BP1的非經(jīng)典LIR（CLIR）基序結合哺乳動(dòng)物ATG8家族蛋白GABARAP的復合物結構，詳細闡明了TAX1BP1通過(guò)其CLIR模序選擇性識別ATG8家族蛋白的分子機制。最后，該團隊還發(fā)現單獨的TAX1BP1、TAX1BP1/RB1CC1二元復合物、TAX1BP1/NAP1/RB1CC1三元復合物與ATG8家族蛋白的結合能力不同，并通過(guò)相關(guān)的生化實(shí)驗和結構建模探討了其中的潛在機制。

圖1.TAX1BP1結合RB1CC1和ATG8家族蛋白的分子機制

綜上所述，該研究工作系統地研究了自噬受體蛋白TAX1BP1結合ATG8家族蛋白以及自噬起始ULK復合物亞基RB1CC1的分子機制及其相關(guān)的蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò )，從結構角度首次揭示了TAX1BP1結合ATG8家族蛋白和RB1CC1的獨特分子機制，并闡明了TAX1BP1、RB1CC1、NAP1、ATG8家族蛋白之間的相互關(guān)系。相關(guān)的研究結果表明，自噬受體蛋白TAX1BP1在識別泛素化自噬底物后可能先通過(guò)雙位點(diǎn)模式結合RB1CC1進(jìn)而招募ULK復合物。其中，TAX1BP1和RB1CC1之間的相互作用不僅阻礙了TAX1BP1的CLIR基序與ATG8家族蛋白的結合，而且還可能導致ULK復合物寡聚并激活ULK復合物，從而原位誘導自噬前體的產(chǎn)生。隨后，TAX1BP1通過(guò)NAP1蛋白招募NAP1/TBK1復合物。其中，NAP1的引入將導致TAX1BP1和RB1CC1之間的相互作用發(fā)生重排，進(jìn)一步形成ULK/TAX1BP1/NAP1/TBK1超級復合物，并且釋放TAX1BP1的CLIR基序去結合錨定在自噬前體膜上的ATG8家族蛋白，進(jìn)而促進(jìn)后續自噬體的形成?？傊?，該研究工作從生化和結構角度對TAX1BP1、NAP1、RB1CC1、ATG8家族蛋白間相互作用的分子機制提供了新見(jiàn)解，擴展了領(lǐng)域內對于自噬受體蛋白TAX1BP1介導的選擇性自噬過(guò)程的分子機制的認識。

圖2.TAX1BP1在選擇性自噬過(guò)程中招募ULK、TBK1復合物以及ATG8家族蛋白的工作模式圖

潘李鋒課題組已畢業(yè)的張明芳博士為本文的第一作者。上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金委、科技部國家重點(diǎn)研發(fā)專(zhuān)項項目、上海市科委、中國科學(xué)院青年交叉團隊項目和生命過(guò)程小分子調控全國重點(diǎn)實(shí)驗室的資助。