三酰甘油合成中间产物对细胞自噬的调控

The focus of this project is the relationship between autophagy and triacylglycerol(TAG) metabolism. Autophagy is a fundamental cell biology process, which is essential in the efficient clearance of obsolete or damaged intracellular contents. TAG is a key node in lipid metabolism. It is a major storage form of excess carbon nutrient. The important roles of autophagy in TAG-related lipid metabolism have been demonstrated in several recent publications. Conversely, much less is known about the role of TAG metabolism in autophagy. Our preliminary data demonstrate that disruption of TAG synthesis results in severe inhibition of autophagy under nitrogen starvation conditions. In contrast, the influence of TAG consumption on autophagy is negligible. The observed inhibition of autophagy comes from reduced autophagosome biogenesis, possibly due to defects in the assembly of the Atg1 kinase complex or its downstream steps. These data suggest that the accumulation of certain metabolite(s) involved in TAG synthesis is inhibitory for autophagy. Taking advantage of the versatile genetic and cell biology tools in the budding yeast, here we seek to identify the critical autophagy-regulating compound, and to subsequently delineate a signaling pathway linking the critical metabolite(s), its downstream effector, and key Atg protein complex(es).

本项目的关注点是细胞自噬和三酰甘油代谢之间的关联。细胞自噬是一个基本的细胞生物学过程，主要负责高效清除胞内受损、冗余成分。三酰甘油是脂代谢的重要节点，是细胞贮存过剩碳源营养的主要形式。近年多项研究表明，自噬在三酰甘油相关的脂代谢过程中发挥重要作用。反之，对于三酰甘油代谢在自噬中的作用，目前研究尚不充分。我们在前期工作中发现：阻断三酰甘油的合成会显著抑制氮饥饿条件下的自噬，而阻断三酰甘油降解则基本不影响自噬。三酰甘油合成阻断情况下自噬的抑制源于自噬体形成的缺陷，具体缺陷步骤可能位于Atg1复合体或其下游。这些结果提示：三酰甘油合成涉及的某种中间代谢物可能具有抑制自噬的作用。在本项目中，我们将充分利用模式生物酵母中便捷的遗传学和细胞生物学工具，排查确定抑制自噬的关键代谢物，并在此基础上初步建立一条贯穿“关键代谢物-下游效用蛋白-关键自噬蛋白复合体”的自噬调控通路。

脂代谢异常是当前人类社会众多健康问题的重要根源。本项目研究三酰甘油合成代谢与细胞自噬这一维持细胞内部健康的亚细胞降解通路的关系。我们的研究表面，三酰甘油合成代谢与细胞自噬需要协调进行，抑制三酰甘油合成会导致细胞自噬缺陷。通过对三酰甘油合成代谢相关生物化学反应和关键代谢物的调控，结合对细胞内膜系统的全面观察，我们发现：三酰甘油合成代谢的缺失带来二酰甘油水平上升并从液泡转位到内质网，此时不仅细胞自噬被抑制，内质网、高尔基体、线粒体也出现严重的形态缺陷。任何下调二酰甘油的实验干预，包括在不同生化步骤减少其合成前体供应、多种手段增加磷脂合成对其消耗，均可减轻或消除内质网、高尔基体的形态异常，恢复细胞自噬。利用温敏突变抑制内质网-高尔基体囊泡形成可以造成类似的高尔基体退化，且对细胞自噬的影响也与二酰甘油类似，提示内质网-高尔基体运输缺陷导致所观察到的自噬缺陷。同时，我们提供明确证据表明证明此前文献中提出的其他几种假说不能恰当解释全部实验结果。综上，我们提出假说，二酰甘油水平上升并在由液泡转位到内质网造成内质网结构和功能异常，阻断内质网-高尔基体囊泡运输，进而带来细胞自噬缺陷，破坏细胞健康。通过本项目的研究，我们为二酰甘油这一经典代谢物和信号分子找到了新的功能和发挥功能的亚细胞位点，为代谢与细胞自噬的互作补充了新的节点，为理解脂代谢相关健康问题提供新了的视角。