自噬研究指南|内质网自噬入门介绍

       内质网（endoplasmic reticulum，ER）存在于所有真核细胞中，内质网的大小和活性在诱导未折叠蛋白反应时增加，在激活内质网自噬反应时降低。这些合成代谢和分解代谢途径使蛋白质、脂质和寡糖的生物发生和含量适应细胞需求，控制钙稳态和信号传导，确保毒性成分的清除，并对病原体入侵做出反应。由此可见，内质网自噬是维持细胞稳态的重要过程之一，本期将主要介绍内质网自噬的过程和参与该过程的主要受体。

       内质网自噬主要有三种机制：大内质网自噬、微内质网自噬和LC3依赖性囊泡运输。后两种均属于微内质网自噬，已在“自噬研究指南|最“冷门”的自噬——微自噬系列介绍（二）”一文中做过具体介绍，这里将详细介绍大内质网自噬。

 

       大内质网自噬是一个多步骤的过程[2]：在内质网应激的诱导下（如未折叠蛋白反应、蛋白质聚集、营养缺乏和内质网结构破坏等），需要降解的内质网成分可以被特定的内质网自噬受体识别和标记。同时，细胞通过抑制mTOR或AMPK直接磷酸化Atg1/ULK1（哺乳动物中Atg1的同源物）来激活自噬体起始复合物，从而启动隔离膜的组装。类泛素蛋白Atg8/LC3/GABARAP将被招募到形成中的隔离膜上来帮助膜扩张，并识别和结合内质网自噬受体。之后，随着隔离膜逐渐扩张和闭合，与待降解的内质网子域以及内质网自噬受体形成自噬体，最终自噬体与溶酶体融合并降解底物（图2）。

 

 

       内质网自噬受体是影响内质网自噬水平的关键因子，目前已发现了FAM134、SEC62、RTN3L、CCPG1、ATL、TEX264、CALCOCO1、C53、p63这些蛋白。

 

位于内质网膜上的受体

        FAM134包括三种保守的内质网驻留蛋白：FAM134A、FAM134B、FAM134C。FAM134C在细胞系和组织中表达更丰富，但胰腺中含有更多的FAM134B，大脑和睾丸中表达更高水平的FAM134A。这三种蛋白均具有相同的LIR基序，可被LC3识别，调节大内质网自噬和LC3依赖性囊泡运输[3]。

       SEC62是内质网膜蛋白，控制新合成的蛋白质进入内质网，在不同的条件下参与的自噬类型不同。饥饿条件下SEC62参与大内质网自噬[4]，应激恢复时则参与微内质网自噬[5]。

       RTN3L属于网状蛋白RTN，在肾小管内质网中富集，诱导内质网碎片化，促进饥饿诱导的肾小管内质网自噬[6]。

       CCPG1是一种脊椎动物特异性蛋白，大量存在于胰腺、胃、肾和肝脏中，通过在氨基酸位置14-17的LIR基序与Atg8/LC3蛋白结合，并通过在位置18-29和101-110的两个与FIP200相互作用的区域与FIP200结合。饥饿条件下或内质网应激时，CCPG1与Atg8/LC3蛋白和FIP200的相互作用促进内质网自噬，清除含有CCPG1的内质网[7]。

       ATL内质网塑形蛋白由ATL1、ATL2和ATL3组成，负责调控内质网的融合，ATLs的缺失会造成内质网形态的改变。ATL2和ATL3参与饥饿诱导的内质网自噬。ATL2与Atg8/LC3蛋白结合诱导内质网自噬，而ATL3是通过结合GABARAP（Atg8同源蛋白）诱导内质网自噬[8]。

       TEX264是一种内质网驻留蛋白，像目前研究的大多数内质网自噬受体一样，TEX264促进饥饿诱导的内质网自噬[9]。

 

位于胞质中的内质网自噬受体

       CALCOCO1最初被描述为一种核受体辅激活因子，其表达可能与乳腺癌的致瘤活性相关。饥饿状态下，CALCOCO1被募集到内质网膜上，与VAPA或VAPB（内质网蛋白）结合，参与内质网自噬[10]。

       C53是一种在脊椎动物、无脊椎动物和植物中保守的细胞质蛋白。错误的mRNA上停滞的核糖体产生的新生蛋白发生阻塞时会诱导内质网自噬，此时C53开始发挥作用以促进内质网自噬[11]。

 

参与内质网自噬的其他受体

       p62是反应机体自噬水平的关键蛋白之一，它也参与了内质网自噬。在处于内质网应激状态下的细胞中，TRIM13（E3泛素连接酶）自身泛素化将p62招募到内质网膜上，形成TRIM13-p62复合物，复合物与在NH2末端精氨酸化的蛋白质结合促进形成TRIM13-p62聚合物，从而启动内质网自噬[12]。

 

       本期主要介绍了内质网自噬的过程和关键蛋白，下期将介绍触发内质网自噬的因素以及内质网自噬的检测方法，感兴趣的小伙伴可以留意一下哦~

 

参考文献：

[1]Reggiori, Fulvio., Molinari, Maurizio., Molinari, Maurizio.. ER-phagy: mechanisms, regulation, and diseases connected to the lysosomal clearance of the endoplasmic reticulum. Physiological reviews, 2022, .

[2]Li, Jiahui., Li, Jiahui., Gao, Enfeng., Gao, Enfeng., Xu, Chenguang.. ER-Phagy and Microbial Infection. Frontiers in cell and developmental biology, 2021, 9.

[3]Reggio, Alessio., Buonomo, Viviana., Berkane, Rayene., Berkane, Rayene., Bhaskara, Ramachandra M.. Role of FAM134 paralogues in endoplasmic reticulum remodeling, ER-phagy, and Collagen quality control. EMBO reports, 2021, 22(9).

[4]Liang, Jin Rui., Lingeman, Emily., Luong, Thao., Ahmed, Saba., Muhar, Matthias.. A Genome-wide ER-phagy Screen Highlights Key Roles of Mitochondrial Metabolism and ER-Resident UFMylation. Cell, 2020, 180(6):1160-1177.e20.

[5]Loi, Marisa., Loi, Marisa., Raimondi, Andrea., Morone, Diego., Molinari, Maurizio..  ESCRT-III-driven piecemeal micro-ER-phagy remodels the ER during recovery from ER stress. Nature communications, 2019, 10(1):5058.

[6]Grumati, Paolo., Morozzi, Giulio., Hölper, Soraya., Mari, Muriel., Harwardt, Marie-Lena Ie..  Full length RTN3 regulates turnover of tubular endoplasmic reticulum via selective autophagy. eLife, 2017, 6.

[7]Smith, Matthew D., Harley, Margaret E., Kemp, Alain J., Wills, Jimi., Lee, Martin.. CCPG1 Is a Non-canonical Autophagy Cargo Receptor Essential for ER-Phagy and Pancreatic ER Proteostasis. Developmental cell, 2017, 44(2):217-232.e11.

[8]Chen, Qingzhou., Xiao, Ya., Chai, Peiyuan., Zheng, Pengli., Teng, Junlin.. ATL3 Is a Tubular ER-Phagy Receptor for GABARAP-Mediated Selective Autophagy. Current biology : CB, 2019, 29(5).

[9]Chino, Haruka., Hatta, Tomohisa., Natsume, Tohru., Mizushima, Noboru.. Intrinsically Disordered Protein TEX264 Mediates ER-phagy. Molecular cell, 2019, 74(5):909-921.e6.

[10]Nthiga, Thaddaeus Mutugi., Kumar Shrestha, Birendra., Sjøttem, Eva., Bruun, Jack-Ansgar., Bowitz Larsen, Kenneth.. CALCOCO1 acts with VAMP-associated proteins to mediate ER-phagy. The EMBO journal, 2020, 39(15):e103649.

[11]Stephani, Madlen., Picchianti, Lorenzo., Picchianti, Lorenzo., Gajic, Alexander., Beveridge, Rebecca.. A cross-kingdom conserved ER-phagy receptor maintains endoplasmic reticulum homeostasis during stress. eLife, 2020, 9.

[12]Ji, Chang Hoon., Ji, Chang Hoon., Kim, Hee Yeon., Kim, Hee Yeon., Heo, Ah Jung..  Regulation of reticulophagy by the N-degron pathway. Autophagy, 2019, 16(2):373-375.