2016年9月1日，《Molecular Cell》雜志發(fā)表了張宏課題組題為“The Vici Syndrome Protein EPG5 Is a Rab7 Effector that Determines the Fusion Specificity of Autophagosomes with Late Endosomes/Lysosomes”的研究文章，闡述了人類多重系統(tǒng)疾病Vici綜合癥中的致病突變基因EPG5在介導(dǎo)自噬小體(autophagosome)與晚期內(nèi)體/溶酶體(late endosomes/lysosomes)融合過(guò)程中的作用。該研究不僅闡明了細(xì)胞自噬中自噬小體與溶酶體融合這一步驟的分子機(jī)制，而且為闡述Vici綜合癥的發(fā)生發(fā)展提供了可能的機(jī)理。

細(xì)胞自噬(autophagy)是真核生物中普遍存在的依賴于溶酶體的胞內(nèi)降解過(guò)程。細(xì)胞通過(guò)形成雙層膜結(jié)構(gòu)的自噬小體包裹“貨物”(cargo)，將其運(yùn)輸至溶酶體進(jìn)行降解。在多細(xì)胞生物中，自噬小體需要先與多種內(nèi)體融合，經(jīng)歷“自噬小體成熟”的過(guò)程，成熟的自噬小體再與溶酶體融合。目前對(duì)于多細(xì)胞生物自噬小體成熟的分子機(jī)制仍不清楚。

中科院生物物理研究所張宏課題組之前利用秀麗隱桿線蟲進(jìn)行遺傳篩選，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)多細(xì)胞生物特有且高度保守的自噬基因——epg-5/EPG5。在epg-5/EPG5突變的線蟲、細(xì)胞系及小鼠組織中，自噬小體和未降解的自噬溶酶體大量累積，暗示EPG5可能在自噬小體成熟的過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

在該項(xiàng)目中，研究人員發(fā)現(xiàn)EPG5可以結(jié)合晚期內(nèi)體/溶酶體上的蛋白質(zhì)Rab7，從而特異地定位于晚期內(nèi)體/溶酶體。同時(shí)，晚期內(nèi)體/溶酶體上的R-SNARE蛋白VAMP7/8與EPG5也存在相互作用。另一方面，自噬小體上的蛋白質(zhì)LC3/LGG-1，以及預(yù)組裝的Qabc-SNARE復(fù)合物STX17-SNAP29也可以與EPG5結(jié)合，從而通過(guò)EPG5將自噬小體定位于晚期內(nèi)體/溶酶體，以進(jìn)行下一步融合。進(jìn)一步的生化實(shí)驗(yàn)揭示，EPG5可以促進(jìn)膜融合分子機(jī)器QabcR-SNARE復(fù)合物STX17-SNAP29-VAMP8的體外組裝；體外的脂質(zhì)體融合實(shí)驗(yàn)也表明EPG5可以促進(jìn)STX17-SNAP29-VAMP8復(fù)合物介導(dǎo)的膜融合。綜合上述現(xiàn)象和分子機(jī)制，研究人員認(rèn)為，EPG5作為Rab7的效應(yīng)蛋白，以“tether”的方式特異性介導(dǎo)自噬小體與晚期內(nèi)體/溶酶體之間的融合。在缺乏EPG5的多細(xì)胞真核生物體內(nèi)，自噬小體與某些錯(cuò)誤錯(cuò)誤的膜泡結(jié)構(gòu)融合，引起溶酶體損傷，最終導(dǎo)致自噬缺陷。

張宏研究員為本文通訊作者。張宏課題組博士后王崢、聯(lián)合培養(yǎng)博士生苗廣艷和助理研究員薛雪為本文共同第一作者。張宏課題組的博士生袁崇珍、王趙玉和張剛明、南開大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院胡俊杰教授和博士生郭向陽(yáng)、北京醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)院陳英玉教授、以及廣東醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院神經(jīng)研究所的馮度教授也參與了這項(xiàng)研究。該課題獲得國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部重大科學(xué)研究計(jì)劃(973)和霍華德•休斯醫(yī)學(xué)研究所青年科學(xué)家基金的資助。