中科院生物物理所張宏研究組最近在《Nature Cell Biology》雜志上發(fā)表題為O-GlcNAc-modification of SNAP-29 regulates autophagosome maturation的文章介紹了他們關(guān)于O-GlcNAc糖基化修飾SNAP-29并調(diào)控自噬小體的成熟的研究成果。這項研究工作首次報道了細(xì)胞自噬小體的成熟可以被營養(yǎng)狀態(tài)感應(yīng)因子OGT介導(dǎo)的SNAP-29的O-GlcNAc糖基化修飾所調(diào)節(jié)。這是繼mTORC和VPS34復(fù)合體外，第三個能夠感應(yīng)細(xì)胞的營養(yǎng)狀態(tài)從而調(diào)控自噬活性的節(jié)點(diǎn)。

細(xì)胞自噬是重要的胞內(nèi)降解過程，在細(xì)胞的生命活動中起到重要作用。在饑餓狀態(tài)及其他應(yīng)激條件下，細(xì)胞自噬被激活，胞內(nèi)組分被自噬小體運(yùn)輸?shù)饺苊阁w進(jìn)行降解，從而提供特殊環(huán)境下細(xì)胞生存所需要的營養(yǎng)和能量。細(xì)胞自噬的調(diào)控大致可以分為三個水平：①自噬起始的調(diào)控。多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路參與調(diào)節(jié)自噬的起始，如AMPK信號通路、mTOR信號通路、Ras/PKA信號通路等等；②自噬小體形成的調(diào)控。細(xì)胞自噬小體形成過程中，ClassIII PI3K-BECLIN1復(fù)合體發(fā)揮重要作用。③細(xì)胞自噬小體成熟的調(diào)控。雙層膜結(jié)構(gòu)的自噬小體形成之后，需要通過內(nèi)含體和溶酶體融合，最終形成自噬溶酶 體從而將底物降解。該過程稱為自噬小體的成熟。但是到目前為止，關(guān)于自噬小體成熟的調(diào)控機(jī)制知之甚少。

張宏等人研究發(fā)現(xiàn)了一個多細(xì)胞生物特異的細(xì)胞自噬基因epg-5/EPG5。在epg-5突變體中，細(xì)胞自噬結(jié)構(gòu)大量累積。通過epg-5突變體的抑制子篩選，科學(xué)家獲得可能參與調(diào)節(jié)自噬小體成熟的相關(guān)基因。其中有一個bp815的突變體是ogt-1的一個等位基因，該基因負(fù)責(zé)編碼哺乳動物細(xì)胞O-GlcNAc轉(zhuǎn)移酶OGT的同源物。研究人員隨后證實線蟲ogt-1的突變可以提高細(xì)胞自噬活性，從而促進(jìn)蛋白聚集體的降解。哺乳動物細(xì)胞中，OGT敲減后可以顯著促進(jìn)細(xì)胞自噬降解過程。OGT功能缺失可以促進(jìn)細(xì)胞自噬小體和內(nèi)含體以及溶酶體的融合過程。進(jìn)一步的體內(nèi)和體外實驗研究發(fā)現(xiàn)，參與細(xì)胞自噬小體成熟的SNAREs復(fù)合體組分之一的SNAP-29可以被OGT介導(dǎo)的O-GlcNAc糖基化修飾。O-GlcNAc修飾的SNAP-29可以抑制其與STX17以及VAMP8形成SNAREs功能復(fù)合體。在OGT敲減細(xì)胞中，SNAP-29的糖基化修飾水平顯著降低，從而促進(jìn)了STX17-SNAP-29-VAMP8復(fù)合體的形成，最終促進(jìn)了細(xì)胞自噬小體的成熟。質(zhì)譜分析和定點(diǎn)突變實驗鑒定了SNAP-29中有四個氨基酸可以被OGT介導(dǎo)的O-GlcNAc糖基化修飾。過表達(dá)糖基化修飾位點(diǎn)突變的SNAP-29可以顯著促進(jìn)細(xì)胞自噬降解活性。同時，研究表明線蟲SNAP-29也能夠被O-GlcNAc糖基化修飾。在饑餓的線蟲中，GlcNAc供體UDP-GlcNAc的水平顯著下降，SNAP-29的O-GlcNAcylation修飾水平明顯降低。

Bin Guo, Qianqian Liang, Lin Li, Zhe Hu, Fan Wu, Peipei Zhang, Yongfen Ma, Bin Zhao, Attila L. Kovács, Zhiyuan Zhang, Du Feng, She Chen  & Hong Zhang

The mechanism by which nutrient status regulates the fusion of autophagosomes with endosomes/lysosomes is poorly understood. Here, we report that O-linked β-N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) transferase (OGT) mediates O-GlcNAcylation of the SNARE protein SNAP-29 and regulates autophagy in a nutrient-dependent manner. In mammalian cells, OGT knockdown, or mutating the O-GlcNAc sites in SNAP-29, promotes the formation of a SNAP-29-containing SNARE complex, increases fusion between autophagosomes and endosomes/lysosomes, and promotes autophagic flux. In Caenorhabditis elegans, depletion of ogt-1 has a similar effect on autophagy; moreover, expression of an O-GlcNAc-defective SNAP-29 mutant facilitates autophagic degradation of protein aggregates. O-GlcNAcylated SNAP-29 levels are reduced during starvation in mammalian cells and in C. elegans. Our study reveals a mechanism by which O-GlcNAc-modification integrates nutrient status with autophagosome maturation.