我院博士后王文君揭示線粒體核酸內(nèi)切酶ENDOG促進細胞自噬的分子機制
線粒體核酸內(nèi)切酶Endonuclease G（ENDOG）是由核基因編碼，主要定位于線粒體膜間隙，少量存在于細胞質(zhì)和細胞核的蛋白質(zhì)。前期的研究發(fā)現(xiàn)，ENDOG在細胞凋亡過程中，從線粒體釋放，進入細胞核進行染色質(zhì)DNA的切割，促進細胞凋亡[1, 2]。此外，ENDOG還在細胞增殖[3]、DNA重組[4]、線粒體DNA合成[5]以及細胞應(yīng)對氧化應(yīng)激過程中起到重要作用[6]。研究發(fā)現(xiàn)，ENDOG也參與了多種疾病的發(fā)生和發(fā)展過程中，如帕金森癥[7]、心肌肥大[8]等。
本研究的通訊作者周慶華在先前工作發(fā)現(xiàn)，在秀麗隱桿線蟲受精成功之后，父系線粒體中的ENDOG會從線粒體膜間隙釋放到線粒體基質(zhì)中，并介導(dǎo)父系線粒體DNA的降解，最終通過母系自噬溶酶體及蛋白酶體降解途徑來清除父系線粒體，系統(tǒng)的解釋了父系線粒體進入卵細胞后被選擇性清除的分子機制[9]。然而ENDOG是否參與細胞自噬及其具體分子機制并不清楚。
在此工作基礎(chǔ)上，課題組進一步研究發(fā)現(xiàn)ENDOG能促進細胞自噬流，并且在人源細胞、小鼠、果蠅及線蟲等多個物種中是保守的。深入探討其中機制發(fā)現(xiàn)，一方面ENDOG可以通過其磷酸化增強與14-3-3γ的相互作用，從而抑制mTOR信號通路來促進細胞自噬；另一方面ENDOG通過其核酸內(nèi)切酶活性介導(dǎo)的DNA損傷應(yīng)答來促進細胞自噬。相關(guān)工作與2021年1月20日發(fā)表在Nature Communications，題為：Endonuclease G promotes autophagy by suppressing mTOR signaling and activating the DNA damage response
作者首先利用CRISPR/CAS9系統(tǒng)構(gòu)建了ENDOG敲除細胞系，通過雙熒光標記質(zhì)粒（mCherry-GFP-LC3）檢測自噬流、電子顯微鏡觀察細胞中自噬小體和自噬溶酶體、及其他細胞自噬標志物檢測等實驗證實ENDOG敲除后抑制細胞自噬流；然后在ENDOG敲除小鼠肝臟、ENDOG缺失突變線蟲的縫線細胞（Seam cell）和咽部肌肉細胞、ENDOG-siRNA干擾的果蠅脂肪體細胞（類似人肝臟細胞）中自噬小體均顯著性減少，說明ENDOG促進細胞自噬在多個物種中保守。
圖1. ENDOG在多個物種中促進細胞自噬
進一步分子機制研究發(fā)現(xiàn)，在細胞處于饑餓刺激時，Caspase8-Bid被激活，促進ENDOG從線粒體釋放出來。釋放到細胞質(zhì)的ENDOG一方面被GSK-3?磷酸化，加強ENDOG與14-3-3?，從而將TSC2和Vps34釋放出來；釋放出來的TSC2和Vps34通過抑制mTOR信號通路和促進細胞自噬起始一起達到促進細胞自噬的作用。另一方面，細胞質(zhì)中的ENDOG可以進入細胞核，對DNA進行片段化，引起DNA損傷并促進細胞自噬，且這一過程是依賴于ENDOG的核酸內(nèi)切酶活性的。
圖2. ENDOG調(diào)控細胞自噬的分子機制示意圖。
暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院王文君博士后為第一作者，暨南大學(xué)生物醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化研究院/附屬珠海醫(yī)院李建雙副研究員為本文的共同第一作者，暨南大學(xué)生物醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化研究院/附屬第一醫(yī)院周慶華教授為本文通訊作者。
1.Li, L.Y., X. Luo, and X. Wang, Endonuclease G is an apoptotic DNase when released from mitochondria.?Nature, 2001. 412(6842): p. 95-9.
2.Parrish, J., et al., Mitochondrial endonuclease G is important for apoptosis in C. elegans.?Nature, 2001. 412(6842): p. 90-4.
3.Huang, K.J., C.C. Ku, and I.R. Lehman, Endonuclease G: a role for the enzyme in recombination and cellular proliferation.?Proc Natl Acad Sci U S A, 2006. 103(24): p. 8995-9000.
4.Zan, H., et al., Endonuclease G plays a role in immunoglobulin class switch DNA recombination by introducing double-strand breaks in switch regions.?Mol Immunol, 2011. 48(4): p. 610-22.
5.Cote, J. and A. Ruiz-Carrillo, Primers for mitochondrial DNA replication generated by endonuclease G.?Science, 1993. 261(5122): p. 765-9.
6.Lin, J.L.J., et al., Oxidative Stress Impairs Cell Death by Repressing the Nuclease Activity of Mitochondrial Endonuclease G.?Cell Rep, 2016. 16(2): p. 279-287.
7.Buttner, S., et al., Endonuclease G mediates alpha-synuclein cytotoxicity during Parkinson's disease.?EMBO J, 2013. 32(23): p. 3041-54.
8.McDermott-Roe, C., et al., Endonuclease G is a novel determinant of cardiac hypertrophy and mitochondrial function.?Nature, 2011. 478(7367): p. 114-8.
9.Zhou, Q., et al., Mitochondrial endonuclease G mediates breakdown of paternal mitochondria upon fertilization.?Science, 2016. 353(6297): p. 394-9.
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點或證實其真實性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負責(zé)。如涉及侵權(quán)，請聯(lián)系我們及時修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com