自噬是维持体内平衡、分化和发育的关键过程。自噬如何受到营养变化的严格调节知之甚少。
2023年3月8日,湖北大学李珊珊及余希岚共同通讯在Science Advances 发表题为“The TORC1 activates Rpd3L complex to deacetylate Ino80 and H2A.Z and repress autophagy”的研究论文,该研究鉴定染色质重塑蛋白Ino80和组蛋白变体H2A.Z作为组蛋白去乙酰化酶Rpd3L复合物的脱乙酰化靶标,并揭示了它们如何调节自噬以响应营养可用性。
在机制上,Rpd3L脱乙酰化Ino80 K929,保护Ino80不被自噬降解。稳定的Ino80促进H2A.Z从自噬相关基因中驱逐,导致其转录抑制。同时,Rpd3L脱乙酰化H2A.Z,进一步阻断其沉积到染色质中以抑制自噬相关基因的转录。Rpd3介导的Ino80 K929和H2A.Z的脱乙酰化通过雷帕霉素复合物1(TORC1)的靶标增强。氮饥饿或雷帕霉素使TORC1失活抑制Rpd3L,导致诱导自噬。总之,该研究为染色质重塑剂和组蛋白变体调节自噬以响应营养可用性提供了一种机制。
另外,2022年12月6日,湖北大学李珊珊及余希岚共同通讯在Nature Communications发表题为“SESAME-catalyzed H3T11 phosphorylation inhibits Dot1-catalyzed H3K79me3 to regulate autophagy and telomere silencing”的研究论文,该研究报道了H3pT11直接抑制dot1催化的H3K79三甲基化(H3K79me3),并揭示了这个组蛋白串扰如何调节自噬和端粒沉默。这些结果揭示了组蛋白串扰,并为沉默异染色质和自噬在细胞代谢反应中的动态调节提供了见解(点击阅读)。
2022年9月27日,湖北大学李珊珊及余希岚在Nature Communications 发表题为“Phosphorylation of Jhd2 by the Ras-cAMP-PKA(Tpk2) pathway regulates histone modifications and autophagy”的研究论文,该研究报告了糖酵解通过Ras环AMP途径激活蛋白激酶A(PKA)来调节组蛋白修饰和基因表达。这些结果提供了新陈代谢和组蛋白修饰之间的直接联系,并阐明了细胞如何重新连接其对营养信号的生物反应(点击阅读)。2022年3月17日,湖北大学李珊珊及余希岚共同通讯在Nature Structural & Molecular Biology(IF=15)杂志上发表了题为“Acetylation-dependent SAGA complex dimerization promotes nucleosome acetylation and gene transcription” 的研究论文,该研究揭示了SAGA结构和活动的调节机制,并为细胞如何适应环境条件提供了见解(点击阅读)。
2021年1月26日,湖北大学李珊珊团队在Nature Communications 在线发表题为“Metabolic regulation of telomere silencing by SESAME complex-catalyzed H3T11 phosphorylation”的研究论文,该研究确定了SESAME在调节端粒异染色质结构中的功能。该研究提供洞察沉默的异染色质动态调节的组蛋白修饰和自噬响应细胞代谢和衰老的动态调节(点击阅读)。
自噬是一种保守的分解代谢过程,可分解细胞质成分、异常蛋白质聚集体和功能失调的细胞器,这些物质可以回收以维持细胞和机体稳态,并在饥饿条件下保护细胞存活。自噬功能障碍与癌症、神经变性、肌肉疾病和衰老等人类病理有关。自噬的特征是形成称为自噬体的双膜结构,随后与液泡或溶酶体融合以降解其内容物。基底自噬通常发生在低水平,但响应应激刺激(例如营养剥夺和病原体感染)而被诱导到高水平。真核细胞在多个水平上严格调节和协调自噬,包括转录、转录后、翻译和翻译后对照,以确保其适当的诱导时间和幅度。雷帕霉素(Tor)信号通路的靶标在调节自噬诱导中起主要作用。Tor是一种蛋白激酶,可在营养丰富的条件下促进细胞生长和增殖。Tor 形成两种功能不同的蛋白质复合物,Tor 复合物 1 和 2(TORC1 和 TORC2),TORC1 对雷帕霉素敏感,TORC1 失活导致诱导自噬。TORC1的失活导致蛋白激酶Rim15的细胞核易位,然后磷酸化DNA结合因子Ume6,组蛋白去乙酰化酶Rpd3 large(Rpd3L)复合物的组成部分亚基,导致自噬相关(ATG)基因的上调,包括ATG8和ATG9。Rpd3存在于三种复合物中,Rpd3L,Rpd3S和Rpd3μ,具有独特的功能。然而,Eisenberg等人表明乙酰辅酶A(CoA)诱导组蛋白H3K9,14和18的乙酰化以抑制自噬相关基因(即ATG7)的转录,这使得组蛋白(去)乙酰化与自噬之间的关系更加复杂。Rpd3L可以去乙酰化其他未知蛋白质以抑制自噬相关基因的转录。将组蛋白变异体掺入染色质为调控基因转录提供了重要途径。组蛋白H2A变体H2A.Z 由酵母中的 HTZ1 编码,在多种生物体中高度保守。H2A.Z富集在基因启动子区和含H2A.Z 的核小体位于转录起始位点(TSS)的核小体耗竭区域的两侧。H2A.Z调节响应环境变化和H2A.Z丧失的基因的表达导致缺陷响应外部压力的化学物质。H2A.Z的功能细胞与其从染色质中沉积和驱逐的动力学有关,染色质由两种高度保守的多亚基腺苷5′-三磷酸(ATP)依赖性染色质重塑复合物INO80和SWR-C介导。Ino80和Swr1分别是INO80和SWR-C的催化亚基。Ino80与Rpd3相互作用并调控自噬(图源自Science Advances )INO80催化H2A.Z的驱逐来自染色质,而SWR-C指导H2A.Z的掺入。通过二聚体交换反应转化为核小体。酵母H2A.Z的N端结构域在赖氨酸 3、8、10 和 14 处被 NuA4 和 SAGA 复合物乙酰化,以促进其掺入染色质并调节基因表达。尽管在理解INO80,SWR-C和H2A.Z的作用方面取得了很大进展,在调节染色质结构和基因转录方面,尚不清楚它们是否参与自噬的调控。Rpd3L复合物抑制ATG8和ATG9的转录,但对其潜在机制知之甚少。该研究者鉴定染色质重塑蛋白Ino80和组蛋白变体H2A.Z作为Rpd3L配合物的脱乙酰靶点,发现Rpd3L脱乙酰化Ino80 K929以稳定Ino80并去除H2A.Z来自自噬相关基因的,提供了第一个证据,证明染色质重塑蛋白的稳定性可以通过乙酰化/去乙酰化来调节。Rpd3L也使H2A.Z脱乙酰化在K3、8、10 和 14 处进一步减少其与自噬相关基因的结合。由于Ino80 K929和H2A.Z的脱乙酰化,自噬相关基因的转录受到抑制,在营养丰富的条件下,自噬活性维持在较低水平。此外,Rpd3L介导的Ino80和H2A.Z的脱乙酰化由TORC1途径促进,其在氮饥饿下失活以诱导自噬。因此,研究工作提供了一种调节自噬以响应营养可用性的机制。总之,该研究不仅为染色质重塑者提供了将代谢状态传达给染色质的途径,而且还提供了一种表观遗传机制来调节自噬以响应环境营养线索并优化细胞适应性。https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade8312—END—
内容为【iNature】公众号原创,
转载请写明来源于【iNature】
微信加群
iNature汇集了4万名生命科学的研究人员及医生。我们组建了80个综合群(16个PI群及64个博士群),同时更具专业专门组建了相关专业群(植物,免疫,细胞,微生物,基因编辑,神经,化学,物理,心血管,肿瘤等群)。温馨提示:进群请备注一下(格式如学校+专业+姓名,如果是PI/教授,请注明是PI/教授,否则就直接默认为在读博士,谢谢)。可以先加小编微信号(iNature5),或者是长按二维码,添加小编,之后再进相关的群,非诚勿扰。
投稿、合作、转载授权事宜
请联系微信ID:13701829856 或邮箱:iNature2020@163.com
觉得本文好看,请点这里!