家蚕自噬蛋白ATG1/ATG13和ATG3/ATG8翻译后修饰的分子作用

Autophagy is essential for the growth and development of animals. The occurrence of autophagy is not only regulated by upstream signals, but also influenced by the posttranslational modification of autophagy related (ATG) proteins, which determines the physiological function of ATG proteins and further the occurrence of autophagy. Our previous studies revealed that autophagy-initiation protein ATG1 was phosphorylated while ATG13 was dephosphorylated during autophagy in Bombyx, which is not all the same with their homologous proteins in Drosophila and mammals. Bombyx ATG3 and ATG8, the key components involved in the ATG8–PE ubiquitin-like protein system, were found to localize in the cell nucleus without autophagy, but decreased parallel when autophagy occurred, indicating the acetylation of them. On the basis of these findings, we will use the immunoprecipitation associated with the analysis by phosphoproteomics/ acetylation proteomics and other proteomics to identify the phosphorylation sites of ATG1, the acetylation sites of ATG3/ATG8 as well as the potential autophagy related proteins binding to this three proteins. This project is aimed to illustrate the mechanism and molecular function of the posttranslational modification of ATG1 and ATG3/ATG8 in Bombyx, which is of great significance for autophagy studying in lepidopteran insects and other species. This project also will provide the potential molecular targets for beneficial insects and pest control.

细胞自噬在动物的生长发育中具有重要作用，细胞自噬的发生不仅受上游信号调控，也受自噬蛋白翻译后修饰的影响，它直接决定自噬蛋白复合体的功能，进而影响自噬的发生。申请者前期的研究发现：与果蝇和哺乳动物不尽相同，家蚕在细胞自噬时自噬起始蛋白复合体成员ATG1/ATG13分别发生磷酸化和去磷酸化修饰，参与自噬小体装配的ATG8–PE泛素样蛋白系统成员ATG3/ATG8的核定位平行减少，暗示发生去乙酰化修饰。为解析家蚕这两个自噬蛋白复合体翻译后修饰的分子作用，本项目将利用免疫沉淀技术结合磷酸化/乙酰化等蛋白组学分析，鉴定家蚕ATG1的磷酸化、ATG3和ATG8的乙酰化修饰位点和它们的结合蛋白，旨在揭示其翻译后修饰的分子机理和在自噬发生中的作用。本项目研究对阐明鳞翅目昆虫细胞自噬发生机制和认知其它动物细胞自噬具有重要的理论意义，也可为鳞翅目益虫利用和害虫防治提供候选分子靶标。

细胞自噬在动物的生长发育中发挥重要作用，自噬的发生不仅受上游信号调控，也受自噬相关蛋白翻译后修饰的影响。申请人等利用免疫沉淀结合蛋白质谱技术鉴定了家蚕BmAtg1蛋白的磷酸化位点，并利用原核表达结合蛋白质谱技术鉴定了家蚕BmAtg8-PE泛素样蛋白系统组成分子BmAtg3、BmAtg4、BmAtg7和BmAtg8的乙酰化位点，深入解析了家BmAtg1蛋白磷酸化修饰和BmAtg8-PE泛素样蛋白系统乙酰化修饰的机制。通过本项目的开展，主要取得如下进展：1）证实上蔟时期家蚕脂肪体主要通过网格蛋白依赖的内吞形式从血淋巴中摄入以储存蛋白为主的多种蛋白，为蛹期发育提供氨基酸物质的来源，此研究为深入解析营养物质调控家蚕变态发育的机制奠定了基础；2）发现蜕皮激素20E和饥饿信号通过调控BmV-ATPases的表达和亚基组装从而促进家蚕溶酶体的酸化和自噬流，解析了家蚕中溶酶体酸化的详细机制；3）阐明了胆固醇及其衍生物通过抑制MTOR信号活性解除去乙酰化酶BmRpd3的磷酸化修饰，从而导致其从细胞核迁移至细胞质、促进细胞自噬发生的分子机制，揭示了从昆虫至哺乳动物均保守存在的细胞自噬调控规律；4）证实了BmAtg13为家蚕幼虫-蛹变态发育时期的细胞自噬所必需，其在20E和饥饿诱导的细胞自噬发生时其修饰后的条带向下迁移并蛋白发生出核，BmAtg13单独过表达后抑制饥饿信号诱导的细胞自噬；5）发现家蚕BmAtg1存在2个昆虫中保守的磷酸化位点为自噬所必需，这两个磷酸化位点还保守的调控果蝇DmAtg1的自噬功能；6）发现磷酸化修饰调控家蚕乙酰转移酶BmTip60参与细胞自噬的分子功能；7）发现了BmRpd3/BmP300相反地调控BmAtg8-PE泛素样蛋白系统组成分子自噬功能的机制。为今后深入挖掘参与上述两个蛋白系统的潜在自噬分子奠定了基础。目前，已发表受项目资助SCI英文文章6篇，中文文章2篇。