近日，西浦慧湖药学院吴思晋课题组与山东师范大学李天亮/周军课题组合作，在Nature子刊《Nature Communications》(Q1, IF=16.6)上在线发表了题为“PDCD6 regulates lactate metabolism to modulate LC3-associated phagocytosis and antibacterial defense”的最新研究成果。西浦慧湖药学院助理教授吴思晋老师为本文的共同一作。

Abstract

LC3相关吞噬（LAP）在宿主抵御病原体入侵的过程中至关重要，但LAP激活的分子机制仍不清楚。本研究中我们探讨了LAP激活机制，并发现进程性细胞死亡蛋白6（PDCD6）作为LAP的负调节因子。在小鼠和巨噬细胞中，PDCD6的缺乏能够诱导LAP的形成，并且显著促进乳酸脱氢酶A（LDHA）活性及乳酸的产生。进一步研究揭示，PDCD6通过与LDHA的相互作用，抑制乳酸代谢，进而减少了RUBCN蛋白赖氨酸33位（K33）乳酸化的水平。我们利用分子模拟技术，详细阐释了在免疫细胞中，K33位的乳酸化减少导致RUBCN与VPS34之间相互作用的改变，从而影响LAP的形成及后续的保护性反应。本研究表明，PDCD6-LDHA-乳酸化RUBCN信号通路在免疫调节中发挥重要作用，有助于预防相关疾病，且具有作为潜在治疗靶点开发的前景。

背景：

PDCD6，也称为凋亡相关基因-2（ALG-2），是一种与细胞死亡、分裂和信号转导相关的蛋白质，在调节细胞内囊泡运输和免疫反应中发挥重要作用。LAP（LC3-associated phagocytosis）是一种非典型的自噬途径，将模式识别受体激活与吞噬体形成联系起来，已被确定为对抗细菌和真菌等病原体的关键防御机制。但PDCD6作为LAP的负调节因子，损害体内外杀菌活性的具体机制尚不清楚，这成为研发靶向药物的困难点所在。

方法与结果：

本研究揭示了PDCD6缺陷对宿主防御细菌感染的作用。PDCD6缺失不仅促进了LC3相关的吞噬作用（LAP），而且通过提高乳酸水平增强了宿主的抗菌能力，乳酸脱氢酶A（LDHA）在PDCD6缺陷介导的杀菌作用中起着关键作用。

为了深入探讨乳酸化对RUBCN的影响，体外实验表明，PDCD6缺失的小鼠巨噬细胞（Pdcd6Δmye BMDMs）中RUBCN的乳酸化水平显著升高，且K33被确定为主要乳酸化位点。功能实验显示，RUBCN K33R突变体丧失了抑制细菌生长、促进LAP形成及与LC3B共定位的能力，强调了RUBCN K33位点乳酸化在宿主抗菌防御中的重要作用。

为进一步揭示RUBCN K33乳酸化的分子机制，本研究采用了分子模拟技术。首先，我们通过AlphaFold2对RUBCN的N端RUN结构域进行建模，并结合VPS34的电镜结构在ZDOCK 3.0.27中进行分子对接，构建了RUBCN与VPS34的复合物模型。接着，针对RUBCN K33位点，进行了乳酸化和突变（K33R）的500ns分子动力学模拟。结果表明，乳酸化显著改变了RUBCN的电荷分布，影响了其动力学行为，尤其是在WT与K33R突变体的模拟中，二者的动态趋势存在显著差异，揭示了乳酸化在调控RUBCN与VPS34相互作用中的关键作用。

主成分分析（PCA）进一步表明，K33乳酸化和突变对RUBCN-VPS34相互作用有显著影响。在模拟的后半段（250-500ns），RUBCN-WT与RUBCN-K33R在与VPS34结合时表现出不同的运动模式，为理解乳酸化如何调节RUBCN与VPS34的结合提供了新的分子机制视角。

意义：

本研究阐明了PDCD6通过与LDHA的相互作用，抑制乳酸代谢，导致RUBCN与VPS34之间相互作用的改变，从而影响LAP的形成及后续的保护性反应。将宿主实现抗菌过程中的乳酸代谢变化和LAP水平联系在一起。发现并验证了LAP这一非典型的自噬途径所涉及到的更多机理，为通过设计靶向药物来调节乳酸相关代谢来增强宿主的免疫防御能力提供了新的理论基础。

全文链接：全文

相关链接：学院公众号