細胞自噬是幾乎所有哺乳動物細胞正常運行所必需的一種重要分解代謝過程，其在細胞內穩(wěn)態(tài)的維持、胚胎發(fā)育、天然免疫、衰老等眾多的生理過程中扮演著重要的角色。同時，細胞自噬的功能異常與大量的人類疾病密切相關，比如癌癥和神經(jīng)退行性疾病等。TAX1BP1作為一個可結合泛素的多功能自噬受體蛋白，在降解入侵病原體、蛋白聚集體、受損溶酶體等選擇性自噬過程中扮演著重要角色。中科院上海有機化學研究所生命過程小分子調控全國重點實驗室的潘李鋒課題組長期致力于TAX1BP1等自噬受體蛋白的結構和作用機制研究。課題組前期的相關研究工作系統(tǒng)闡明了自噬受體蛋白TAX1BP1識別泛素蛋白、腳手架蛋白NAP1和分子馬達蛋白Myosin VI相關的結構基礎和分子機制（Journal of Molecular Biology. 2018,430,3283-3296；PNAS. 2018,115,E11651-E11660;Nature Communications. 2019,10(1):3459）。

近期，潘李鋒課題組在美國科學院院刊（PNAS）在線發(fā)表了題為“Mechanistic insights into the interactions of?TAX1BP1?with RB1CC1 and mammalian ATG8 family proteins”的研究論文（https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2315550121）。該團隊首先利用核磁共振、等溫量熱滴定、光譜位移等多種實驗方法，詳細研究了自噬受體蛋白TAX1BP1與自噬起始ULK復合物亞基RB1CC1之間的相互作用，首次發(fā)現(xiàn)TAX1BP1采用雙位點作用的模式結合RB1CC1，除了已知的TAX1BP1的SKICH結構域能結合RB1CC1的coiled-coil結構域之外，TAX1BP1的coiled-coil結構域也可以與RB1CC1的C端區(qū)域（CTR）發(fā)生相互作用，并且RB1CC1的兩個結合位點在結合TAX1BP1時并不采用協(xié)同的作用模式。因此，RB1CC1和TAX1BP1之間的雙位點結合模式賦予了RB1CC1和TAX1BP1形成動態(tài)寡聚物的能力。隨后，利用X射線單晶衍射技術，該團隊首次解析了TAX1BP1SKICH/RB1CC1 coiled-coil復合物的晶體結構，并基于該團隊過去解析的TAX1BP1的SKICH結構域結合NAP1的復合物結構（PNAS. 2018,115,E11651-E11660），發(fā)現(xiàn)TAX1BP1的SKICH結構域采用完全不同的區(qū)域和作用模式去結合RB1CC1和NAP1。有趣的是，后續(xù)的研究表明，RB1CC1的coiled-coil和NAP1的coiled-coil會通過別構效應競爭結合TAX1BP1的SKICH結構域，并且NAP1的FIR模序的引入可以介導穩(wěn)定的RB1CC1/TAX1BP1/NAP1三元六聚復合物的形成。進一步通過相關的生化實驗，該團隊證實RB1CC1/TAX1BP1/NAP1三元復合物的結合模式為NAP1通過其FIR模序和N端的coiled-coil結構域同時招募RB1CC1和TAX1BP1，并且TAX1BP1/NAP1/RB1CC1三元復合物可進一步與TBK1激酶組裝形成四元復合物。此外，該團隊首次解析了TAX1BP1的非經(jīng)典LIR（CLIR）基序結合哺乳動物ATG8家族蛋白GABARAP的復合物結構，詳細闡明了TAX1BP1通過其CLIR模序選擇性識別ATG8家族蛋白的分子機制。最后，該團隊還發(fā)現(xiàn)單獨的TAX1BP1、TAX1BP1/RB1CC1二元復合物、TAX1BP1/NAP1/RB1CC1三元復合物與ATG8家族蛋白的結合能力不同，并通過相關的生化實驗和結構建模探討了其中的潛在機制。

圖1.TAX1BP1結合RB1CC1和ATG8家族蛋白的分子機制

綜上所述，該研究工作系統(tǒng)地研究了自噬受體蛋白TAX1BP1結合ATG8家族蛋白以及自噬起始ULK復合物亞基RB1CC1的分子機制及其相關的蛋白相互作用網(wǎng)絡，從結構角度首次揭示了TAX1BP1結合ATG8家族蛋白和RB1CC1的獨特分子機制，并闡明了TAX1BP1、RB1CC1、NAP1、ATG8家族蛋白之間的相互關系。相關的研究結果表明，自噬受體蛋白TAX1BP1在識別泛素化自噬底物后可能先通過雙位點模式結合RB1CC1進而招募ULK復合物。其中，TAX1BP1和RB1CC1之間的相互作用不僅阻礙了TAX1BP1的CLIR基序與ATG8家族蛋白的結合，而且還可能導致ULK復合物寡聚并激活ULK復合物，從而原位誘導自噬前體的產(chǎn)生。隨后，TAX1BP1通過NAP1蛋白招募NAP1/TBK1復合物。其中，NAP1的引入將導致TAX1BP1和RB1CC1之間的相互作用發(fā)生重排，進一步形成ULK/TAX1BP1/NAP1/TBK1超級復合物，并且釋放TAX1BP1的CLIR基序去結合錨定在自噬前體膜上的ATG8家族蛋白，進而促進后續(xù)自噬體的形成?？傊?，該研究工作從生化和結構角度對TAX1BP1、NAP1、RB1CC1、ATG8家族蛋白間相互作用的分子機制提供了新見解，擴展了領域內對于自噬受體蛋白TAX1BP1介導的選擇性自噬過程的分子機制的認識。

圖2.TAX1BP1在選擇性自噬過程中招募ULK、TBK1復合物以及ATG8家族蛋白的工作模式圖

潘李鋒課題組已畢業(yè)的張明芳博士為本文的第一作者。上述研究工作得到國家自然科學基金委、科技部國家重點研發(fā)專項項目、上海市科委、中國科學院青年交叉團隊項目和生命過程小分子調控全國重點實驗室的資助。