自吞噬负反馈调节回路的生理功能和分子机制

自吞噬（autophagy）是细胞内一种溶酶体依赖性的降解途径。自吞噬作为一条主要的分解代谢途径, 其对于细胞度过饥饿等应激状态具有至关重要的作用，在饥饿状态下， 自噬可以通过降解非必需胞内物质以提供能量，使细胞能够在饥饿状态下长时维持生命，然而，当自噬失去控制而处于持续激活状态时，自噬会通过分降解胞内物质而导致细胞死亡。因此，细胞在饥饿等应激状态下，自噬水平需要有一套完整机制进行精准调控。我们最近的工作发现自噬产生的代谢物质通过mTOR同自噬组成一个负反馈回路，以这个负反馈回路为基础，本课题拟通过数学建模建立饥饿条件下自吞噬水平调节的理论模型，通过对调控途径中关键参数分析，关键节点干涉对理论模型进行实验验证，从细胞，个体两个水平上研究自吞噬负反馈调节回路对应激条件下细胞内代谢稳态维持的调控机制及其在生理活动中的功能和意义，实现对自吞噬水平的人为控制，为自吞噬相关疾病的治疗提供理论依据。

本课题组首次发现在自噬的后期，受mTOR活性的调控，自噬溶酶体通过长管的方式生成新的溶酶体，从而完成胞内溶酶体的再生和更新，即自噬性溶酶体再生现象。我们结合蛋白组学和大规模RNAi筛选鉴定自吞噬溶酶体的管化和自吞噬性溶酶体再生的相关基因。研究发现自噬溶酶体再生需要晚期内体/溶酶体蛋白Spin。我们进一步阐述了溶酶体膜转运蛋白在自噬性溶酶体再生过程中的重要功能，揭示了溶酶体膜转运蛋白在溶酶体贮积病中的重要作用。我们在初步筛选的基础上，进一步通过实验验证筛选结果的可靠性，逐步探究出一条以Clathrin为中心，以磷脂的合成和分布为重点的自噬性溶酶体成管在生的分子机制。我们发现动力蛋白Kif5b也参与自噬性溶酶体的成管再生。它主要是参与溶酶体的运动以及管化的溶酶体的形成。我们建立了体外重构系统，成功将自噬性溶酶体成管再生的过程在体外运用纯化的蛋白和化学小分子重现。 细胞自噬的调控严格依赖于mTOR的活性，我们发现GAAC通路在血清／谷氨酸缺乏的饥饿条件下，通过调节外源氨基酸的摄入和mTOR的重激活来调控细胞自噬水平。同时，我们以酵母为模型动物，阐述了乙酰化修饰在自吞噬过程中的调控作用以及重要分子机制，揭示了一种全新的mTOR非依赖的自吞噬途径。我们首次报道了一种全新的细胞生物学过程migracytosis，以及一种全新的细胞器migrasome。Migracytosis和migrasome的发现，对于研究细胞和细胞之间的交流、神经细胞的迁移、癌症的转移等，都有可能会起到非常重要的作用。