点评 | 张宏（中科院生物物理所）、丛尧（中科院上海生物化学与细胞研究所）
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由错误折叠的蛋白堆积形成的蛋白聚集体是导致很多人类疾病的重要原因，例如：神经退行性疾病、眼部病变、II型糖尿病等【1-3】。蛋白聚集体的存在导致细胞内蛋白稳态的破坏并引起细胞死亡。在真核细胞中存在一个叫做细胞自噬的过程，可以通过形成双层膜结构的自噬体来选择性地吞噬并降解蛋白聚集体，这种选择性自噬称为聚集体自噬（aggrephagy ）【4】。选择性自噬是治疗神经退行性疾病的重要靶点【5】，自噬体对聚集体的选择性是关键，但其中的具体机制一直不清楚。之前的研究表明，哺乳动物细胞中一些泛素结合受体 (P62、NBR1和TAX1BP1等【6-8】) 可以通过结合聚集体上被标记的泛素链与自噬体膜上的关键蛋白LC3，从而将泛素化的聚集体运送到自噬体中进行降解。然而，由于这些受体的性质是结合泛素链，它们并不是特异性地介导聚集体自噬，有些受体也在其他类型的选择性自噬 (线粒体自噬、溶酶体自噬和过氧化物酶体自噬等) 中发挥受体作用【9】。酵母和线虫中已经被报导特异参与聚集体自噬的特异受体，哺乳动物中是否存在聚集体自噬的特异受体以及其作用原理是否类似一直不清楚。2022年4月1日，清华大学生命科学学院葛亮课题组（清华大学生命学院葛亮实验室博后和科研助理招聘）在Cell期刊上在线发表了题为CCT2 is an aggrephagy receptor for clearance of solid protein aggregates的研究论文，发现了一种新型的聚集体自噬受体CCT2，并揭示了CCT2促进聚集体清除的具体机制。为了寻找新型自噬受体，研究人员构建了体外系统：首先在细胞内诱导表达了导致亨廷顿疾病的突变蛋白mHTT-polyQ形成蛋白聚集体，然后用digitonin在细胞膜上打孔，再加入荧光标记的LC3蛋白，LC3蛋白就会被招募到聚集体上，以此来模拟蛋白聚集体对自噬体的招募过程 (图1)。之后，根据聚集体上LC3荧光强度的不同，研究人员将蛋白聚集体分为两类：High-LC3 IB和Low-LC3 IB。通过质谱鉴定发现，在High-LC3 IB中，除了富集了一些已知的自噬受体 (P62、NBR1和TAX1BP1) 外，还富集有很多分子伴侣蛋白。而其中有一个叫做CCT2的分子伴侣蛋白尤为富集（图2）。图2. 鉴定新型聚集体自噬受体的策略与CCT2的发现随后发现，CCT2能够结合到蛋白聚集体上，并招募来自噬体以吞噬并降解多种毒性蛋白聚集体，包括引起亨廷顿疾病的mHTT-polyQ、引起阿兹海默病的Tau (P301L) 以及引起肌萎缩侧索硬化的SOD1 (G93A)，提示CCT2在介导蛋白聚集体的自噬性清除中发挥了重要的作用。在对CCT2作为聚集体自噬受体的机制研究中，作者发现CCT2一方面可以通过C端的两个非经典的结合位点 (VLL和VIL) 与自噬体膜上的LC3蛋白相互作用，并将这两个结合位点命名为VLIR (V-LC3-interacting region) motif；另一方面，CCT2可以通过apical domain与聚集体蛋白结合，以此介导聚集体的自噬性清除。与传统的泛素结合受体 (P62、NBR1和TAX1BP1等) 不同的是，CCT2与聚集体的结合不依赖于聚集体的泛素化，而是通过apical domain来结合聚集体。CCT2的apical domain是其作为分子伴侣时结合错误折叠蛋白的结构域【10】，而蛋白聚集体正是由大量错误折叠蛋白堆积而成，因此，CCT2很有可能是特异性地介导聚集体自噬的受体。为了验证这一点，作者还检测了CCT2对线粒体自噬的影响，发现CCT2并不影响线粒体自噬，进一步体现了CCT2的特异性。越来越多的研究表明，毒性蛋白在形成聚集体的过程中会首先发生液-液相变，形成液态的凝集颗粒，然后逐渐固化形成固态的聚集体【1, 11-13】。已经报导的自噬受体（包括哺乳动物细胞、酵母和线虫）都是参与降解含有流动性的聚集体。重要的是研究人员发现，CCT2特异性地降解固态的聚集体，而非液态的凝集颗粒。该特性在酵母中也是保守的。CCT2与传统聚集体自噬受体在对聚集体状态选择上的差异，提示它们可能在聚集体形成的不同时期发挥作用。相比于液态聚集体，固态的聚集体更难以被清除【14,15】，而疾病状态下的聚集体往往是固态形式【16】。研究提示CCT2对固态聚集体的清除作用可能使其在疾病的治疗中更有优势 (图3)。图3. 聚集体的状态变化以及CCT2介导固态聚集体的清除CCT2是分子伴侣TRiC (TCP-1 ring complex) 复合体的一个亚基，TRiC是一个由8种亚基组成的十六聚体，在细胞内负责约10%的蛋白的正确折叠【10】。研究人员发现，CCT2在介导聚集体自噬的过程中不依赖于TRiC，而是以单体的形式发挥作用。当处于复合体中时，CCT2与LC3的结合位点VLIR motif被包埋在复合体内部从而阻碍了二者的结合，因此复合体中的CCT2不能作为聚集体自噬受体。进一步研究发现，蛋白聚集体的存在可以诱导CCT2从复合体到单体形式的转变，从而引起CCT2从分子伴侣到聚集体自噬受体功能上的变化。这种功能上的变化分别为聚集体形成前的预防与形成后的清除提供了更有效的方案 (图4)。综上，此项研究发现了一种不依赖于泛素、选择性降解固态聚集体的新型聚集体自噬受体CCT2，并阐释了其作为聚集体自噬受体的具体机制，为治疗聚集体相关疾病，尤其是神经退行性疾病提供了重要的靶点。作者也解析了CCT2从分子伴侣到自噬受体功能转换模型，并且发现多个分子伴侣蛋白可能参与聚集体自噬，揭示了分子伴侣与自噬两大细胞内蛋白稳态维持系统的新联系。这项研究主要由清华大学生命科学学院葛亮实验室完成，实验室博士生马欣宇是文章的第一作者，葛亮副教授为主要通讯作者，清华大学药学院张敏研究员、浙江大学基础医学院易聪研究员为共通讯作者。李丕龙、鲁伯勋、丛尧和刘聪等实验室对该工作提供重要帮助。https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.03.005毒性蛋白质聚集体的堆积是导致以神经退行性疾病为代表的人类多重疾病的重要因素。蛋白聚集体的清除主要是通过细胞自噬途径完成的。自噬选择性识别和降解蛋白聚集体是一个重要的步骤，也极有可能是治疗相关疾病的重要靶点。已知哺乳动物中自噬选择性识别蛋白聚集体主要通过泛素结合受体P62和NBR1等蛋白特异识别聚集体上的多聚泛素链进而促进蛋白聚集体自噬降解。在其他真核生物中也存在特异结合并降解蛋白聚集体的受体，如酿酒酵母的Atg19蛋白和秀丽线虫的SEPA-1和 EPG-7。这些已知聚集体自噬受体都具有一个共同特性就是选择性降解具有一定流动性的聚集体（包括液态和胶态），或者叫相变颗粒。而已知受体无法完成对于固态的聚集体清除。该工作的重要性是在于其发现了一个分子伴侣蛋白CCT2可以特异的调控固态聚集体的清除，提示细胞内存在针对于不同类型聚集体清除的不同分子途径，深化了我们对于聚集体自噬的认识。鉴于固态聚集体的形成和神经退行性疾病发病有较强的相关性，介导固态聚集体清除的CCT2的发现也为开发新型治疗神经退行疾病的药物提供了新思路。真核生物II型分子伴侣素TRiC（也称CCT）由八个同源亚基组成（CCT1-8），形成双环背对背堆叠结构。TRiC协助～10％的胞质蛋白折叠，对维持胞内蛋白质的动态平衡至关重要，其功能的改变或缺失与癌症及神经退行性疾病等密切相关。我们之前的研究表明TRiC各亚基在ATP消耗和关环过程中的特异性机制。近年来越来越多的研究报道个别TRiC 亚基与多种癌症的发展密切相关，如CCT3的 mRNA和蛋白质的表达水平在肝细胞性肝癌（HCC）细胞中上调，CCT1、CCT2及CCT5对乳腺癌细胞的存活和增殖至关重要, 但其发挥功能的结构基础和分子机制未知。此外，TRiC的亚基是否能够作为单体或同源寡聚物发挥分子伴侣素之外的其它生理功能也有待阐明。清华大学生命科学学院葛亮研究团队及其合作者在此工作中揭示了TRiC复合体的CCT2亚基可以作为不依赖泛素、选择性降解固态蛋白聚集体的新型聚集体自噬受体，促进了固态聚集体的清除；表明CCT2在介导聚集体自噬的过程中不依赖于TRiC复合体，而以单体的形式发挥作用，CCT2单体的形成可以作为其功能由分子伴侣到自噬的开关。该研究拓宽了人们对TRiC及其亚基的新功能的认识，并为治疗聚集体相关疾病如神经退行性疾病提供了重要的靶点。
参考文献
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