肌球蛋白I 在自噬体膜形成中作用机制的研究

Autophagy is a highly conserved degradation pathway in eukaryotic cells, which plays an important role in many physiological processes and is closely related to diseases. The formation of a unique bilayer membrane structure in the process of autophagy is a hot topic in the field of long-term concern. Our previous study found that the polymerization of microfilaments in the cave of the autophagosome is crucial for the formation of autophagosomal membrane curvature. Our study found that at the beginning of autophagy the stress fiber depolymerized almost completely, and branched actin networks polymerized in the in the cave of the isolation membranes. Myosin I is a motor protein that specifically bind to branched actin networks, and participates in the formation and transport of vesicles. We believe that Myosin I may be involved in the microfilaments mediated formation of autophagosome. The mechanism may as a motor protein in transport of protein complexes or membrane source necessary for autophagosome membranes formation, or as a membrane binding protein attaches autophagosome membranes to the microfilaments and participate in the membranes extension along the microfilaments, or as the nucleation promoting factor promotes the correct assembly of microfilament filaments in the cave of autophagosomes . This study will elucidate the molecular basis of myosin I in autophagy, and reveal the mechanism of regulation of membrane tension.

自噬是真核细胞内一种高度保守的溶酶体依赖的降解途径，在多种生理进程中扮演重要角色并与疾病密切相关。自噬发生过程中独特的双层膜结构的形成是该领域长期关注的热点论题。我们前期研究发现微丝纤维骨架在自噬体前体即分离膜腔内聚合引起自噬体双层膜的曲度的形成。研究发现在自噬开始，微丝纤维几乎完全解聚，而分枝状微丝纤维骨架结构却在自噬体分离膜腔内聚合。肌球蛋白I是分枝状微丝纤维特异性结合的分子马达蛋白，参与囊泡的形成和运输。我们认为肌球蛋白I可能参与微丝介导的自噬体膜曲度的形成，其机制可能是作为马达蛋白参与运输自噬体膜形成所必需的蛋白复合体或者囊泡到分离膜腔内，或者作为膜结合蛋白，将自噬体膜锚定在微丝上，参与自噬体膜沿微丝纤维骨架的延伸，或者作为肌动蛋白成核促进因子促进自噬体腔内微丝纤维的正确组装。本项研究将阐明肌球蛋白I参与自噬的分子基础，并进一步揭示其对内膜系统张力的调控机制。

自噬是细胞生理活动中的重要机制，一种复杂而严格控制细胞的通路，允许细胞清除受损或有害的细胞内成分，保持细胞的营养和能量平衡。前期的研究中我们发现，细胞自噬过程中微丝纤维能够聚集在分离膜腔内，调控自噬体双层膜曲度的形成，我们进一步证明了微丝纤维在此过程中的调节机制以及作用于自噬体膜曲度形成的特异性。在本项研究中我们探讨了马达蛋白肌球蛋白 1d (Myosin1d)对自噬影响及其作用机制。.研究表明，p62体的液液相分离参与自噬。细胞中无膜细胞器的形成通常发生通过液-液相分离（LLPS），并在许多情况下由多价的内在无序蛋白（IDPs）之间的相互作用驱动。研究这些相互作用的性质，以及它们对凝聚相内的动力学的影响是至关重要的。p62在胞质中弥散分布，并在应激条件下发生液-液相分离。这种相变的发生的调控机制目前还不清楚。我们的研究发现肌球蛋白1D（Myo1D，一种单头的I类肌球蛋白）能与p62体结合。对Myo1D的敲除阻止了p62体从离散的纳米级颗粒到聚集体的形成的凝聚。因此Myo1D的敲除，对底物通过选择性自噬的降解产生负面影响。因此我们提出，Myo1D积极地将p62纳米颗粒向支链肌动蛋白网络运输，升高的局部浓度确保了p62体形成的凝聚。.此项研究数据使我们能够提出以下结论。首先，正常细胞中p62体支架（即p62和多泛素化蛋白）的总浓度低于相分离的临界浓度。其次，由运动蛋白和分支状肌动蛋白网络介导的ATP依赖性货物收集机制允许局部浓度升高超过饱和浓度，因此通过相分离形成p62体。p62体的形成在缺乏马达或分支肌动蛋白网络的细胞中严重受损。Arp2 / 3衍生的支链肌动蛋白网络与p62体的LLPS相关并且是必需的。不对称分布的肌动蛋白结构提供了一个支架系统，局部增加分子浓度，以促进p62缩合物的组装。此外，马达蛋白Myo1D可以积极地将小的p62纳米颗粒向微丝蛋白网络运输。这种依赖于ATP的货物收集机制允许增加泛素化货物和p62的局部浓度，从而有助于p62体的LLPS。本项发现可能提供了对细胞内相分离凝聚过程施加时空控制的一般机制。