自噬体转运及其与溶酶体融合机制的结构生物学研究

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本文主要涉及在细胞自噬过程中,参与自噬体转运的FYCO1(FYVE andcoiled-coil domain containing1)蛋白及其参与自噬体与溶酶体融合的自噬SNARE(soluble N-ethylmaleimide sensitive factor attachment protein receptor)复合物的结构和功能的研究。  细胞白噬是一种依赖于溶酶体的细胞内废物回收再利用的过程。FYCO1蛋白作为自噬受体可以与白噬体及基于微管的马达蛋白相互作用,从而介导自噬体沿微管的定向运输。FYCO1与自噬体的相互作用是通过与其外膜上的ATG8家族蛋白的相互作用来实现的。然而,其作用机制目前尚不清楚。我们的研究致力于研究FYCO1与ATG8家族蛋白的相互作用机制。首先,通过生化及序列分析,我们发现FYCO1蛋白包含了一个LIR(LC3-interacting region)模序,其可以与ATG8家族蛋白的六个成员均有相互作用,但与LC3A和LC3B的相互作用最强。基于此,我们展开了对于FYCO1 LIR与LC3A/LC3B复合物的结构生物学研究。最终我们解析了FYCO1 LIR与LC3A复合物的晶体结构,基于对结构的认识,我们首次发现了一种新颖的LIR与ATG8家族蛋白的相互作用模式,即LIR核心模序的C-端延伸序列可以协助LIR与ATG8家族蛋白的结合。我们的研究不仅加深了对于FYCO1介导的自噬体转运机理的理解,而且扩展了我们对于LIR与ATG8家族蛋白相互作用模式的认识。另外,我们解析的FYCO1 Gold结构域的晶体结构显示其可能是一个潜在的新颖的蛋白与蛋白相互作用的结合位点,通过串联亲和层析并结合生物质谱的方法捕获的MON1和CCZ1两个蛋白会形成一个复合物作为Rab7的GEF(guaninenucleotide exchange factor)可能参与到FYCO1功能的调控过程。  真核细胞内,介导双层膜结构的自噬体与单层膜结构的溶酶体进行融合的是SNARE复合物,我们称之为自噬SNARE复合物。此复合物由三个组分构成:Syntaxin17(STX17),VAMP8和SNAP29。目前为止,自噬SNARE复合物的结构和生化特性以及其组装和调控机理尚不清楚。本文主要通过生化实验和结构生物学的方法,揭示了自噬SNARE复合物的生化特性及其组装的分子机制。通过解析自噬SNARE复合物的核心结构及其带有C-端连接区(linker)区段的结构,我们不仅揭示了此复合物的结构组成,并且确认了自噬SNARE复合物与已解析的其他SNARE复合物在结构上的保守性,同时验证了自噬SNARE复合物从N-端向C-端的拉链式的组装模式。我们的实验结果从结构水平对自噬SNARE复合物介导完成的自噬体与溶酶体的融合过程的作用机制进行了详细的诠释。另外,通过核磁共振滴定的方法,我们还首次发现了STX17的自抑制现象,并且发现自噬SNARE复合物的其他两个成员均可以缓解STX17的自抑制现象,这说明STX17在自抑制与形成SNARE复合物之间存在一个调控机制,本文也试图通过解析STX17自抑制的结构,进一步理解这种调控关系。
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