STX17的乙酰化调控SNARE复合物形成和自噬体成熟

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自噬是真核细胞中高度保守的依赖于溶酶体的一种降解途径,能够降解细胞内异常聚集的蛋白以及细胞内受损的细胞器。自噬的异常和人类许多疾病的发生密切相关,如:神经退行性疾病,代谢类疾病及肿瘤等。自噬的发生过程主要分为四个阶段:自噬的起始,自噬体的延伸与闭合,自噬体和溶酶体的融合,自噬底物的降解。这些过程由一系列自噬相关蛋白参与,并受到细胞内自噬诱导信号的调控。近年来研究发现,自噬相关蛋白受到乙酰化修饰的调控,表明蛋白质乙酰化修饰在自噬发生过程中发挥重要作用。然而,目前发现的发生乙酰化修饰的自噬相关蛋白主要在自噬的早期阶段发挥作用,乙酰化修饰参与调控晚期自噬体成熟的研究相对较少。
  自噬体和溶酶体的融合是自噬体成熟的关键步骤,由栓系因子(tether)、Rab分子及SNARE(Soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptor)蛋白介导。SNARE蛋白是一类从酵母到哺乳动物都普遍存在并且高度保守的膜蛋白,含有一个或者两个SNARE结构域,靶膜和受体膜上的SNARE通过各自的SNARE结构域相互作用装配形成含有四个螺旋的螺旋束,介导膜融合。酵母中,自噬体和液泡的融合主要是由SNARE蛋白Vam3、Vit1、Vam7和Ykt6介导的。哺乳动物细胞中,定位于自噬体上的突触融合蛋白17(Syntaxin 17, STX17)是介导自噬体和溶酶体融合的关键SNARE分子,STX17能够招募胞质内的SNARE蛋白SNAP29形成自噬体上的t-SNARE复合物,t-SNARE复合物再跟溶酶体上的SNARE蛋白VAMP8相互作用形成完整的SNARE复合物,介导自噬体和溶酶体的融合。栓系因子是指能够将膜栓系在一起并将其拉近的一类蛋白或多亚基蛋白复合物,研究发现HOPS复合物能够通过和STX17相互作用被招募到自噬体上,并作为栓系因子介导自噬体和溶酶体的融合。目前,对于该SNARE复合物的形成及自噬体和溶酶体融合的调控机制尚不明确。
  本研究中,利用免疫沉淀以及质谱分析的方法,我们发现并证实STX17能够发生乙酰化修饰,并鉴定了STX17七个潜在的乙酰化位点;利用模拟去乙酰化突变体的方法,我们证实位于SNARE结构域的K219和K223位点是其主要的乙酰化修饰位点。我们进一步发现,在细胞内高表达乙酰转移酶CBP能够促进STX17乙酰化,敲低CBP能够显著降低STX17乙酰化水平;利用体外乙酰化反应实验,我们证实CBP能直接乙酰化STX17。此外,在细胞内高表达去乙酰化酶HDAC2能够显著降低STX17乙酰化水平,敲低HDAC2能够明显增强STX17乙酰化水平;利用免疫共沉淀及pull-down实验,我们发现去乙酰化酶HDAC2能和STX17直接相互作用,介导STX17的去乙酰化。功能研究中,利用蛋白免疫印迹及免疫荧光染色实验,我们发现K219和K223位点模拟乙酰化的STX17突变体显著了抑制自噬体和溶酶体融合,表明STX17去乙酰化才能介导自噬体和溶酶体融合。机制研究中,我们发现STX17乙酰化不影响STX17定位到自噬体上;STX17乙酰化抑制STX17和SNAP29及VAMP8的相互作用,STX17去乙酰化促进STX17和SNAP29及VAMP8的相互作用,免疫荧光染色实验中我们发现模拟乙酰化的STX17突变体不能招募胞质中的SNAP29到自噬体上,并且和溶酶体上的VAMP8共定位显著减少,表明STX17乙酰化抑制STX17-SNAP29-VAMP8复合物的形成;我们还发现STX17乙酰化抑制STX17和HOPS之间的相互作用,模拟乙酰化的STX17不能招募HOPS到自噬体上。
  我们的研究发现,STX17乙酰化修饰调控自噬晚期自噬体和溶酶体融合的机制,并且我们猜测STX17乙酰化能够参与调控细胞内其他与STX17相关的膜融合过程。
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