Cell | 终于搞清楚了！中国科学院张宏团队发现钙离子信号在自噬体起始位点的形成起重要作用

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多细胞生物在内质网上启动自噬体形成的机制尚不清楚。2022年10月4日，中国科学院生物物理研究所张宏团队在Cell 在线发表题为“Calcium transients on the ER surface trigger liquid-liquid phase separation of FIP200 to specify autophagosome initiation sites”的研究论文，该研究发现自噬刺激触发内质网膜外表面的Ca²⁺ 瞬变，其振幅、频率和持续时间由后生动物特异性内质网跨膜自噬蛋白EPG-4/EI24控制。在EI24耗尽的细胞中，胞质ER表面持续的Ca²⁺ 瞬变/振荡导致FIP200自噬体启动复合体在ER上积累。这种缺陷被衰减的ER Ca²⁺ 瞬变抑制。多模态SIM分析显示，ER上的Ca²⁺ 瞬变触发了动态和易融合的液体样FIP200点阵的形成。饥饿诱导的溶酶体上的Ca²⁺ 瞬变也诱导FIP200靶进一步移动到ER。ER上的多个FIP200点(依赖于ER蛋白VAPA/B和ATL2/3)组装成自噬体形成位点。因此，Ca²⁺ 瞬变对于触发FIP200的相分离以指定后生动物中的自噬体起始位点至关重要。

自噬包括双膜自噬体的形成，并将其运送到液泡(酵母和植物)/溶酶体中降解隔离的物质。自噬体形成的核心步骤是隔离膜(IM)的起始和成核以及随后的膨胀和闭合成为自噬体。酵母自噬体产生于自噬体前结构(PAS)，通常在每个细胞中产生一个，附着在液泡膜上，而自噬体在多细胞生物的ER上的多个位点同时启动。在酵母中发现的一组自噬相关(ATG)基因作用于自噬体形成的不同步骤。

自噬诱导后，Atg17/Atg13/Atg1复合物靶向液泡膜，随后囊泡聚集包含跨膜(TM)蛋白Atg9和Vps34复合物，IM启动。Atg9囊泡与IM结合，为IM的起始和扩展提供膜源。在IM中，Atg9进一步招募下游自噬蛋白，介导ER与IM末端接触的形成，并作为scramblase 移动脂质。在哺乳动物细胞中，自噬诱导后，FIP200/ATG13/ULK1复合体(Atg1复合体的对应物)和ATG9囊泡首先靶向于ER。VPS34复合体随后被招募用于后续的IM启动。在扩展过程中，整个IM与ER形成动态接触。

ATG9囊泡与哺乳动物细胞中的IM相互作用但不合并。多细胞生物需要自噬蛋白，这些蛋白在酵母的自噬中不存在或不参与。内质网整体膜蛋白VAPA/B (VAPs)和Atlastin 2/3 (ATLs)促进和稳定FIP200复合物与内质网的结合。在线虫中的遗传筛选还发现了两个后生动物特有的ER TM蛋白，EPG-3/VMP1和EPG-4/EI24，这是自噬所必需的。在ER上触发自噬体启动的FIP200复合体组装的信号仍然是一个谜。

文章模式图（图源自Cell ）

Ca²⁺ 是细胞中多功能的第二信使。胞质Ca²⁺ 信号以梯度、sparks、瞬态、振荡和波的形式显示时空异质性。不同的亚细胞隔间含有不同水平的Ca²⁺ 。静息条件下，胞浆内游离Ca²⁺ 浓度约为10-100 nM，内质网腔内游离Ca²⁺ 浓度约为500 - 800 μM，晚期核内体/溶酶体中游离Ca2+浓度约为500 μM。这些Ca²⁺ 水平是由Ca²⁺ 通道和泵建立和维持的。

内质网Ca²⁺ 稳态是通过从内质网腔释放Ca²⁺ 到细胞质的通道实现的，包括IP3Rs, RyRs和各种泄漏通道(如Sec61复合物)，以及将Ca²⁺ 返回内质网的机制，如SERCA泵和SOCE。不同腔室产生的Ca²⁺ 信号在膜接触部位相互连接，以响应各种刺激。例如，溶酶体Ca²⁺ 释放可以进一步激活ER定位的IP3Rs和/或RyRs，以唤起额外的胞质Ca²⁺ 峰值。

胞质和ER存储Ca²⁺ 浓度的变化通过不同的机制整合到核心自噬机制中，以调节自噬活性。快速Ca²⁺ 螯合剂BAPTA-AM阻断了哺乳动物细胞中基础的和诱导的自噬，这表明某种形式的Ca²⁺ 信号对自噬至关重要。然而，这种Ca²⁺ 信号的性质仍然完全未知。本研究表明，自噬刺激在哺乳动物细胞中诱导内质网膜外表面的Ca²⁺ 瞬变，然后触发液体样FIP200点的形成，用于自噬体启动复合体在内质网上的组装。

参考消息：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)01123-0#%20

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