科学家揭示相变调节自噬降解的新机制

8月30日，《细胞》（Cell）杂志在线发表了中国科学院生物物理研究所张宏课题组的研究论文mTOR regulates phase separation of PGL granules to modulate their autophagic degradation，该文揭示了在线虫胚胎发育过程中，mTOR通过调节PGL颗粒的相变来控制它被自噬降解的新机制。

细胞自噬（autophagy）是真核生物中高度保守的降解途径，指的是细胞通过形成双层膜结构的自噬小体，包裹自噬底物，并将其运送到溶酶体进行降解。细胞自噬可以选择性降解蛋白质聚集体从而维持细胞稳态平衡。

张宏课题组先前研究发现在线虫胚胎发育中，来源于卵细胞的P颗粒的组分PGL-1和PGL-3在体细胞中选择性地被细胞自噬降解掉，SEPA-1作为受体蛋白介导这一过程（Zhang et al., Cell 2009）。进一步研究发现EPG-2作为支架蛋白在这一过程中发挥着重要的功能（Tian et al., Cell 2010），而且PGL-1和PGL-3的选择性降解还受到精氨酸甲基酶EPG-11（Li et al., Mol Cell 2013）和自身组分浓度（Zhang et al., Autophagy 2017）的调节。然而PGL颗粒的降解机制以及受体蛋白和支架蛋白在降解过程中怎样发挥功能尚不清楚。

张宏课题组经过长期研究发现PGL颗粒通过液液相分离（liquid-liquid phase separation，LLPS)组装，PGL颗粒的大小以及生物物理性质决定了它们的自噬降解效率。受体蛋白SEPA-1促进PGL-1/-3的相变；支架蛋白EPG-2 控制PGL-1/-3的大小，并且促使它们从液态到水凝胶状态的转化。在高温环境下，mTOR介导的PGL-1/-3磷酸化水平增强，加速了PGL-1/-3的相变，阻止它们被自噬降解。累积的PGL颗粒对于线虫胚胎在热应激条件下的正常发育是必需的。这项工作揭示了在线虫的胚胎发育过程中，mTOR作为一个感受热应激的感受器，通过调节PGL颗粒的相变来控制它们的自噬降解及保护线虫应对热应激的新机制。

该工作由张宏课题组完成。张宏为该文的通讯作者，张宏课题组博士研究生张刚明为该文的第一作者，张宏课题组副研究员王峥以及中科院遗传与发育生物学研究所研究员杜茁也参与了这项研究。该课题获得中科院先导B类项目、国家自然科学基金、国家重点研发计划项目和前沿科学重点研究计划的资助。

 

图示：相变调节自噬降解的机制

来源：中国科学院生物物理研究所