我院博士后王文君揭示線粒體核酸內(nèi)切酶ENDOG促進(jìn)細(xì)胞自噬的分子機(jī)制
線粒體核酸內(nèi)切酶Endonuclease G（ENDOG）是由核基因編碼，主要定位于線粒體膜間隙，少量存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核的蛋白質(zhì)。前期的研究發(fā)現(xiàn)，ENDOG在細(xì)胞凋亡過程中，從線粒體釋放，進(jìn)入細(xì)胞核進(jìn)行染色質(zhì)DNA的切割，促進(jìn)細(xì)胞凋亡[1, 2]。此外，ENDOG還在細(xì)胞增殖[3]、DNA重組[4]、線粒體DNA合成[5]以及細(xì)胞應(yīng)對(duì)氧化應(yīng)激過程中起到重要作用[6]。研究發(fā)現(xiàn)，ENDOG也參與了多種疾病的發(fā)生和發(fā)展過程中，如帕金森癥[7]、心肌肥大[8]等。
本研究的通訊作者周慶華在先前工作發(fā)現(xiàn)，在秀麗隱桿線蟲受精成功之后，父系線粒體中的ENDOG會(huì)從線粒體膜間隙釋放到線粒體基質(zhì)中，并介導(dǎo)父系線粒體DNA的降解，最終通過母系自噬溶酶體及蛋白酶體降解途徑來清除父系線粒體，系統(tǒng)的解釋了父系線粒體進(jìn)入卵細(xì)胞后被選擇性清除的分子機(jī)制[9]。然而ENDOG是否參與細(xì)胞自噬及其具體分子機(jī)制并不清楚。
在此工作基礎(chǔ)上，課題組進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)ENDOG能促進(jìn)細(xì)胞自噬流，并且在人源細(xì)胞、小鼠、果蠅及線蟲等多個(gè)物種中是保守的。深入探討其中機(jī)制發(fā)現(xiàn)，一方面ENDOG可以通過其磷酸化增強(qiáng)與14-3-3γ的相互作用，從而抑制mTOR信號(hào)通路來促進(jìn)細(xì)胞自噬；另一方面ENDOG通過其核酸內(nèi)切酶活性介導(dǎo)的DNA損傷應(yīng)答來促進(jìn)細(xì)胞自噬。相關(guān)工作與2021年1月20日發(fā)表在Nature Communications，題為：Endonuclease G promotes autophagy by suppressing mTOR signaling and activating the DNA damage response
作者首先利用CRISPR/CAS9系統(tǒng)構(gòu)建了ENDOG敲除細(xì)胞系，通過雙熒光標(biāo)記質(zhì)粒（mCherry-GFP-LC3）檢測(cè)自噬流、電子顯微鏡觀察細(xì)胞中自噬小體和自噬溶酶體、及其他細(xì)胞自噬標(biāo)志物檢測(cè)等實(shí)驗(yàn)證實(shí)ENDOG敲除后抑制細(xì)胞自噬流；然后在ENDOG敲除小鼠肝臟、ENDOG缺失突變線蟲的縫線細(xì)胞（Seam cell）和咽部肌肉細(xì)胞、ENDOG-siRNA干擾的果蠅脂肪體細(xì)胞（類似人肝臟細(xì)胞）中自噬小體均顯著性減少，說明ENDOG促進(jìn)細(xì)胞自噬在多個(gè)物種中保守。
圖1. ENDOG在多個(gè)物種中促進(jìn)細(xì)胞自噬
進(jìn)一步分子機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，在細(xì)胞處于饑餓刺激時(shí)，Caspase8-Bid被激活，促進(jìn)ENDOG從線粒體釋放出來。釋放到細(xì)胞質(zhì)的ENDOG一方面被GSK-3?磷酸化，加強(qiáng)ENDOG與14-3-3?，從而將TSC2和Vps34釋放出來；釋放出來的TSC2和Vps34通過抑制mTOR信號(hào)通路和促進(jìn)細(xì)胞自噬起始一起達(dá)到促進(jìn)細(xì)胞自噬的作用。另一方面，細(xì)胞質(zhì)中的ENDOG可以進(jìn)入細(xì)胞核，對(duì)DNA進(jìn)行片段化，引起DNA損傷并促進(jìn)細(xì)胞自噬，且這一過程是依賴于ENDOG的核酸內(nèi)切酶活性的。
圖2. ENDOG調(diào)控細(xì)胞自噬的分子機(jī)制示意圖。
暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院王文君博士后為第一作者，暨南大學(xué)生物醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化研究院/附屬珠海醫(yī)院李建雙副研究員為本文的共同第一作者，暨南大學(xué)生物醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化研究院/附屬第一醫(yī)院周慶華教授為本文通訊作者。
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