Autophagy︱北京理工大学董磊团队揭示SMURF1通过促进受损溶酶体自噬降解维持细胞稳态的机制

学术 2024-11-04 00:01 上海

【神经科学前沿技术培训系列】详见文末

来源︱姊妹号“岚翰生命科学”

撰文︱刘璇

审阅︱董磊

责编︱王思珍

巨自噬/自噬是通过形成自噬体和自噬溶酶体（成熟自噬体与溶酶体融合形成）来降解细胞内受损的细胞器和/或错误折叠蛋白的重要的细胞循环过程，并参与各种生理和病理过程[1,2]。自噬转录因子TFEB通过与溶酶体表达和调控（CLEAR）基序的靶基因结合，也在溶酶体稳态中发挥关键作用。先前的研究发现MTORC1（MTOR复合物1）、RRAG、TRIM16、LC3脂质化SMAD特异性E3泛素蛋白连接酶1（SMURF1）在不同条件下参与TFEB的核转运[3-6]。一般来说，TFEB（S211）可以被在溶酶体表面的MTORC1激酶磷酸化，然后与YWHA（酪氨酸3-单氧酶/色氨酸5-单氧酶激活蛋白）/14-3-3结合，导致其在细胞质中滞留[4]。且溶酶体受损会通过以ATG依赖的方式选择性地损害MTORC1介导的TFEB S211磷酸化减少，降低与YWHA/14-3-3的结合[7]。另外，钙调神经磷酸酶（PPP3/calcineurin）是唯一受细胞内钙调控的丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶。活化的PPP3/calcineurin会使细胞质中的TFEB去磷酸化，会导致其核转位并激活自噬相关基因[8]。然而，在溶酶体损伤情况下如何调节TFEB激活的联动分子机制仍尚未清楚。

近日，北京理工大学生命学院董磊教授团队在自噬领域顶级期刊Autophagy杂志上最新发表了题为“SMURF1 mediates damaged lysosomal homeostasis by ubiquitinating PPP3CB to promote the activation of TFEB”的研究论文。该研究发现SMURF1通过促进PPP3CB的K63泛素化来控制溶酶体稳态，这可能介导PPP3CB的激活，从而导致TFEB激活的机制。

该课题组在前期发现阻断SMURF1通过抑制TFEB的核转运，从而阻碍对溶酶体损伤的自噬生成。半乳糖凝集素（galectins）识别内膜溶酶体的损伤信号，导致SMURF1和PPP3/calcineurin被招募到溶酶体上，形成了LGALS3- SMURF1-PPP3/calcineurin复合体，该复合体能够稳定TFEB，从而去磷酸激活TFEB并进行溶酶体生成相关基因的表达。SMURF1作为一个连接环境压力和自噬/自溶酶体联动的核心蛋白，参与调控了TFEB的激活[9]。

最新研究进一步阐释了钙离子依赖磷酸酶PPP3/calcineurin在溶酶体稳态调控中复合物形成中的“桥梁”作用与SMURF1的协同机制。首先，PPP3CB作为桥梁，在溶酶体损伤后通过与LGALS3结合，招募SMURF1，形成LGALS3- SMURF1-PPP3/calcineurin复合体。其中，PPP3CB通过去磷酸化LGALS3的方式促进LGALS3开放构象的形成，增加NT（N端尾部结构域）和CRD（C端碳水化合物识别域）之间的解离（图1）。

图1 PPP3 /钙调神经磷酸酶使LGALS3去磷酸化，促进开放构象的形成

考虑到SMURF1的E3泛素连接酶活性以及LGALS3- SMURF1-PPP3/calcineurin复合体能够激活TFEB等因素。在机制上，作者发现SMURF1能够泛素化修饰PPP3CB（蛋白磷酸酶3催化亚基β）促进受损溶酶体的自噬降解。随后进一步确认PPP3CB被SMURF1泛素化的具体位点。在受到细胞内的钙信号刺激时，PPP3CB的第146位赖氨酸处被招募的SMURF1泛素化。SMURF1对PPP3CB的K63泛素化增强了对TFEB的招募。另一方面，活化的PPP3CB和调节亚基PPP3R1直接与TFEB相互作用，促进TFEB的构象校正，进而激活TFEB靶向基因的转录（图2）。

图2 SMURF1参与溶酶体损伤后受损溶酶体清除过程的示意图

文章结论与讨论，启发与展望

综上，该研究通过发现LGALS3- SMURF1-PPP3/calcineurin复合体以及LGALS3向开放构象的转变，进一步证明了LGALS3在溶酶体损伤信号中影响溶酶体生物发生的另一条途径，完善了对LGALS3调节溶酶体修复和生物发生的后续途径的理解。并且，本研究揭示了PPP3CB及其泛素连接酶SMURF1对溶酶体损伤的细胞应激响应的关键机制，解析TFEB在溶酶体损伤情况下亚细胞定位的通路的分子机制，在未来有利于SMURF1作为治疗应激相关疾病的潜在药物靶点的可行性。

原文链接：https://doi.org/10.1080/15548627.2024.2407709

北京理工大学生命学院副研究员夏琴为本文的第一作者。北京理工大学董磊教授为通讯作者。

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参考文献

1. Lv, X., et al. Modulation of the proteostasis network promotes tumor resistance to oncogenic KRAS inhibitors. Science 381, eabn4180 (2023).

2. Mizushima, N., Levine, B., Cuervo, A.M. & Klionsky, D.J. Autophagy fights disease through cellular self-digestion. Nature 451, 1069-1075 (2008).

3. Chao, X., et al. Impaired TFEB-Mediated Lysosome Biogenesis and Autophagy Promote Chronic Ethanol-Induced Liver Injury and Steatosis in Mice. Gastroenterology 155, 865-879.e812 (2018).

4. Martina, J.A., Chen, Y., Gucek, M. & Puertollano, R. MTORC1 functions as a transcriptional regulator of autophagy by preventing nuclear transport of TFEB. Autophagy 8, 903-914 (2012).

5. Nnah, I.C., et al. TFEB-driven endocytosis coordinates MTORC1 signaling and autophagy. Autophagy 15, 151-164 (2019).

6. Yao, R.Q., Ren, C., Xia, Z.F. & Yao, Y.M. Organelle-specific autophagy in inflammatory diseases: a potential therapeutic target underlying the quality control of multiple organelles. Autophagy 17, 385-401 (2021).

7. Nakamura, S., et al. LC3 lipidation is essential for TFEB activation during the lysosomal damage response to kidney injury. Nat Cell Biol 22, 1252-1263 (2020).

8. Medina, D.L., et al. Lysosomal calcium signalling regulates autophagy through calcineurin and TFEB. Nat Cell Biol 17, 288-299 (2015).

9. Xia, Q., et al. SMURF1 controls the PPP3/calcineurin complex and TFEB at a regulatory node for lysosomal biogenesis. Autophagy, 1-17 (2023).

编辑︱王思珍

本文完

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg2MTYwODc5Ng==&mid=2247697098&idx=4&sn=6f2016d0252159a79ce4df210734494b