SNAP29

引言 DNA 修复和自噬是维持细胞生存的两个关键生物学过程。DNA修复负责修复DNA损伤，确保基因组稳定；而自噬则负责清除细胞内多余的、受损的、错误折叠或聚集的蛋白质和细胞器，维持细胞稳态。拓扑异构酶 I (TOP1) 在DNA复制和转录中起着至关重要的作用，它通过切断DNA形成超螺旋结构，释放扭转应力。然而，TOP1与DNA形成的共价键——TOP1cc是一种有害的DNA损伤，会导致基因组不稳定和细胞死亡。TOP1cc修复主要依赖于酪氨酸DNA磷酸二酯酶 1 (TDP1) 介导的切除修复或MRE11核酶介导的DNA切割和切除修复【1】。然而，TOP1cc的修复过程与蛋白质降解途径的关系尚不清楚。自噬因子在DNA复制叉附近富集，表明自噬可能在DNA损伤修复中发挥作用。TEX264是一种保守的蛋白质，既是自噬受体，也与TOP1cc修复有关【2】。然而，TEX264是否通过自噬介导TOP1cc修复，目前尚不清楚。 近日，来自英国牛津大学拉德克利夫医院的Kristijan Ramadan研究团队在Cell杂志上发表题为TEX264 drives selective autophagy of DNA lesions to promote DNA repair and cell survival的研究论文，该研究发现了TEX264介导的核吞噬作用在维持基因组稳定性和细胞存活中发挥关键作用。 首先通过免疫共沉淀和蛋白质组学分析，研究人员发现自噬相关蛋白（如Beclin-1、TEX264、CHMP7、ATG7、SNAP29）在DNA复制叉处富集，并且这种富集在CPT（诱导DNA复制压力的化合物）处理后被显著增强，这表明自噬可能在响应 DNA 复制压力时发挥作用。接着，研究人员使用LysoIP技术分离溶酶体，并通过质谱分析其蛋白质组成。结果表明，CPT 处理后，许多DNA复制和核蛋白（如DNA聚合酶、MCM复合物蛋白、核孔复合物）被运送到溶酶体，表明溶酶体可能直接参与 DNA 损伤的清除。 进一步，研究人员发现用CPT处理后，TOP1cc水平的恢复受到mTOR抑制剂Torin的促进，而自噬抑制剂ATG7的缺失则完全阻止了TOP1cc的修复，证明自噬是TOP1cc修复的关键途径。其他自噬相关蛋白，如syntaxin 17和RB1CC1，也参与了TOP1cc的降解和细胞对CPT的存活，说明自噬修复TOP1cc的过程是一个复杂的网络，涉及多个自噬相关蛋白。使用mCherry-TOP1-GFP报告系统证实了TOP1在低剂量CPT处理后进入溶酶体，表明 TOP1cc可以直接被溶酶体降解。 通过分析γ-H2AX 和53BP1的定位，研究人员发现低剂量CPT诱导的DNA损伤主要表现为复制压力，而不是DNA 双链断裂。此外，研究人员发现ATR抑制剂VE-822强烈抑制了TOP1cc的运送，而ATM抑制剂KU-55933没有影响，这表明ATR在响应DNA复制压力和促进 TOP1cc 降解中起着关键作用。自噬抑制剂ATG7和syntaxin 17的缺失加剧了低剂量 CPT 处理后蛋白质聚集物的形成，说明自噬在防止蛋白质聚集物形成中发挥作用。 最后，研究人员发现MRE11核酶的缺失强烈抑制了TOP1cc的运送，而MUS81和TDP1的缺失没有影响，表明MRE11核酶在将TOP1cc从核内运送到溶酶体中起着关键作用。使用 LysoIP-Seq技术分离溶酶体中的DNA片段，并通过测序分析其序列特征。结果表明，溶酶体中分离的DNA片段主要来自核内 DNA，且大部分来自内含子和着丝粒区域，表明溶酶体可以清除整个TOP1cc损伤，包括其蛋白质部分和相关的DNA片段。使用 TOP1cc 特异性抗体和LysoIP等技术证实了TOP1cc在低剂量CPT处理后在细胞质中的存在。这表明 TOP1cc可以从核内被运送到细胞质，并被溶酶体降解。 图1 TEX264驱动的选择性自噬促进DNA修复和细胞存活（Credit: Cell） 总之，这项研究证明了选择性自噬在DNA修复中的进化保守作用，并表明它对维持基因组稳定性和细胞存活至关重要。此外，该发现还表明，在治疗结直肠癌患者时， TEX264的表达水平与对伊立替康等TOP1抑制剂的化疗反应相关。 参考文献 1. Pommier, Y. (2006). Topoisomerase I inhibitors: camptothecins and beyond. Nat. Rev. Cancer 6, 789–802. https://doi.org/10.1038/nrc1977.7. Stingele, J., Bellelli, R., and Boulton, S.J. (2017). Mechanisms of DNA–protein crosslink repair. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 18, 563–573. 2. Fielden, J., Wiseman, K., Torrecilla, I., Li, S., Hume, S., Chiang, S.-C., Ruggiano, A., Narayan Singh, A., Freire, R., Hassanieh, S., et al. (2020). TEX264 coordinates p97- and SPRTN-mediated resolution of topoisomerase 1-DNA adducts. Nat. Commun. 11, 1274. https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00911-5 责编|探索君 排版|探索君 文章来源|“BioArt” End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

自噬是细胞中的一种“自噬”现象，自噬小体包裹错误折叠的蛋白质或受损的细胞器，随后与溶酶体融合形成自溶酶体。被包裹的内容物被自溶酶体降解，以实现细胞内环境的稳定和细胞器的更新。 自噬是细胞中的一种“自噬”现象，自噬小体包裹错误折叠的蛋白质或受损的细胞器，随后与溶酶体融合形成自溶酶体。被包裹的内容物被自溶酶体降解，以实现细胞内环境的稳定和细胞器的更新。根据自噬的发生过程，自噬可分为巨型自噬、伴侣介导型自噬和微型自噬。 其中，CMA是一种选择性的以Lys-Phe-Glu-Arg-Gln(KFERQ)样五肽基序为靶向的蛋白质降解自噬。KFERQ类基序要么存在于初级氨基酸序列中，要么通过翻译后修饰产生，如磷酸化或乙酰化。 胞内伴侣热休克同源蛋白70(HSC70)可以识别含有KFERQ样基序的底物蛋白，随后底物-伴侣复合体通过与溶酶体膜蛋白2A型(LAMP2A)结合转移到溶酶体膜上，并驱动LAMP2A型多聚体形成易位复合体，底物通过该复合体进入溶酶体进行降解。 图片来源：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37311689/ 近日，来自中国药科大学的研究者们在Br J Pharmacol杂志上发表了题为“Discovery of a potent inhibitor of chaperone-mediated autophagy that targets the HSC70-LAMP2A interaction in non-small cell lung cancer therapy”的文章，该研究揭示了PPD是一种靶向CMA抑制剂，可以阻断HSC70LAMP2A相互作用和LAMP2A同源多聚化。抑制CMA而不增加巨噬细胞自噬的调节补偿是非小细胞肺癌治疗的好策略。 伴侣介导的自噬(CMA)是一种选择性的针对蛋白质降解的自噬，在多种恶性肿瘤中保持高活性。抑制HSC70和LAMP2A的结合可以有效地阻断CMA。目前，抑制CMA的最具特异性的方法仍然是下调LAMP2A，目前还没有发现抑制CMA的化学抑制剂。 用酪胺信号放大(TSA)双免疫荧光法检测NSCLC组织中CMA的表达水平。根据CMA活性进行高含量筛选，以确定潜在的CMA抑制剂。通过药物亲和反应靶标稳定性-质谱法(DARTS-MS)确定了该抑制剂的靶点，并用蛋白质质谱仪进行了验证。通过对CMA的抑制和激活来阐明CMA抑制剂的分子机制。 研究者发现，抑制HSC70和LAMP2A之间的相互作用可以阻断非小细胞肺癌中的CMA，并抑制肿瘤的生长。PPD通过干扰HSC70-LAMP2A相互作用首次被确定为CMA的靶向小分子抑制剂。 PPD的结合位点分别位于HSC70的核苷酸结合区E129和LAMP2A的C末端T278。PPD通过抑制HSC70-LAMP2a-eIF2α信号轴，加速蛋白质合成，诱导ROS积累。此外，PPD还通过阻断STX17-SNAP29-VAMP8信号轴，阻止了CMA抑制引起的巨噬细胞自噬的调节补偿。 图片来源：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37311689/ PPD阻断非小细胞肺癌CMA的作用机制 综上所述，研究者首次报道PPD是非小细胞肺癌中CMA的靶向抑制剂。更重要的是，本研究为开发CMA抑制剂提供了新的策略。靶向抑制HSC70-LAMP2A相互作用或LAMP2A同源多聚化对非小细胞肺癌的治疗具有很强的疗效。（生物谷 Bioon.com） 参考文献 Rui-Fang Dong et al. Discovery of a potent inhibitor of chaperone-mediated autophagy that targets the HSC70-LAMP2A interaction in non-small cell lung cancer therapy. Br J Pharmacol. 2023 Jun 13. doi: 10.1111/bph.16165.