自噬干货分享系列之分子伴侣介导的自噬

前几期给大家介绍了经典自噬、内质网自噬和线粒体自噬，本期将从分子伴侣介导的自噬简介、分子伴侣介导的自噬应用案例、汉恒生物分子伴侣介导的自噬研究工具这三个方面给大家详细全面的介绍下分子伴侣介导的自噬。

什么是分子伴侣介导的自噬（CMA）

分子伴侣介导的自噬主要通过分子伴侣识别蛋白质序列上的一段特殊基序，将蛋白转运到溶酶体内进行降解的过程。其大致流程见图1：Ⅰ、分子伴侣热休克同源蛋白70（HSC70）识别带有KFERQ基序的底物；Ⅱ、HSC70-底物复合体与溶酶体相关膜蛋白2A型（LAMP2A）相结合；Ⅲ、分子伴侣对底物进行去折叠，形成CMA易位复合体；Ⅳ、LAMP2A多聚化介导的底物易位，溶酶体蛋白酶对底物进行降解，LAMP2A从易位复合体中解离。

图1 分子伴侣介导的自噬模式图

通常情况下，肝脏、肾脏、大脑等组织或培养物中的几乎所有不同细胞类型中均可以检测到一定程度的CMA活性，而细胞应激状态下则最大程度地激活了这一途径，饥饿、氧化剂、促氧化剂和蛋白质变性毒素均会引起CMA的活化。CMA通过选择性识别和降解细胞过程中的某些蛋白，对细胞活动做到精确调控，其潜在功能研究也逐渐成为自噬研究的热点。

分子伴侣介导的自噬（CMA）应用案例

无论是在科研界摸爬滚打多年的资深科研er，还是刚入科研大门的萌新，相信都对“自噬”这个热点耳熟能详。有人会说，自噬已经是过去式，作为热点也有点“过气”，不值得再据此设计课题。

小恒看到这样的评论只能说：NoNoNo！热点之所以能成为热点，从来都是与时俱进，追踪科学最前沿的。你以为的老热点“自噬”，实际上是被投入较多关注的“巨自噬”（也称为“大自噬”），不受待见的原因也是有太多套路化研究。然而，自噬的另外一种：“分子伴侣介导的自噬”（chaperone mediated autophagy, CMA），仍然具有创新和挖掘的潜力。

下面我们就来看看在分子伴侣介导的自噬领域，有哪些研究吧！

2022年4月4日罗马大学生物系Enrico Desideri教授团队在Autophagy (IF=13.391)上发表了一篇名为：“Impaired degradation of YAP1 and IL6ST by chaperone-mediated autophagy promotes proliferation and migration of normal and hepatocellular carcinoma cells”的研究论文，证明了在人肝细胞癌和肝细胞系中，YAP1和IL6ST是分子伴侣介导的自噬（CMA）的新底物。敲除溶酶体CMA受体LAMP2A会增加YAP1和IL6ST的蛋白水平，但不会改变mRNA的表达。此外，这两种蛋白都显示依赖于KFERQ与CMA伴侣HSPA8的结合，并在长期饥饿刺激CMA后积聚到分离的溶酶体中。进一步研究表明LAMP2A下调促进了肝癌细胞和人肝细胞系的增殖和迁移，并且它是以YAP1和IL6ST依赖的方式做到这一点的。最后，在人肝细胞癌组织中，LAMP2A表达下调，YAP1和IL6ST表达上调。综上所述，该工作揭示了一种新的机制，控制了两种癌症相关蛋白的逆转，并暗示了CMA在肝脏中的肿瘤抑制功能，有望利用CMA活性用于癌症诊断和治疗。

图2 YAP1和IL6ST是CMA底物

2022年4月1日西班牙IBIONS–Instituto的Julio Madrigal-Matute教授团队在PNAS (IF=12.779)期刊上发表了一篇名为：“Protective role of chaperone-mediated autophagy against atherosclerosis”的研究论文，该研究显示小鼠和人动脉中血管平滑肌细胞和巨噬细胞的CMA活性降低，以应对动脉粥样硬化的挑战。在体内，受阻的CMA基因通过系统性和细胞自主性改变血管平滑肌细胞和巨噬细胞，加重动脉粥样硬化的病理，这两种细胞类型参与了动脉粥样硬化的形成。CMA缺乏可促进血管平滑肌细胞的去分化和巨噬细胞的促炎状态。相反，CMA上调的遗传小鼠模型显示出较低的动脉粥样硬化易感性。作者认为CMA可能是治疗心血管疾病的一个有吸引力的靶点。

图3 CMA对抗动脉粥样硬化前损伤的全身和血管反应

汉恒生物分子伴侣介导自噬（CMA）研究工具

CMA底物的识别主要发生在胞浆内，所有CMA底物均含有一个可被HSC70识别的五肽样基序（KFERQ序列），该基序由以下氨基酸残基组成，一个恒定的氨基酸残基谷氨酰胺（Q），一个碱性氨基酸残基赖氨酸（K）或精氨酸（R），一个疏水性氨基酸残基苯丙氨酸（F）、缬氨酸（V）、亮氨酸（L）或异亮氨酸（I），一个酸性氨基酸残基谷氨酸（E）或天门冬氨酸（D），最后以一个以上所描述的碱性或疏水性氨基酸残基结尾。KFERQ序列保证了这种蛋白降解途径的严格选择性。

研究发现将蛋白质动态构象理论计算与光遗传学相结合，可以开发出受特定波长光调控的光激活蛋白，其与普通荧光蛋白具有相似的遗传学特性，另一方面，其在特殊的激光刺激下会产生一些特异性的变化，如亮度变化、颜色变化等。PAmCherry1作为一种光活化蛋白，本身无自发荧光，需在405nm波长的光暴露5-10分钟进行活化后，才可被激活发出红色荧光（激发564nm，发射595nm），使用这类荧光蛋白可降低高自发荧光或累积自发荧光色素沉积物对细胞观察的影响。

汉恒生物基于以上原理，构建了KFERQ-PAmCherry1探针和PAmCherry1-KFERQ-NE探针，可用于感染目的细胞后直观地观察分子伴侣介导自噬的变化。KFERQ-PAmCherry1探针借助分子伴侣所识别的底物的基序KFERQ与光活化蛋白PAmCherry融合，使其转化为CMA底物，当靶向溶酶体时便可通过观察红色荧光斑点数量来检测活细胞中的CMA活性（图4-a）。而PAmCherry1-KFERQ-NE探针是在KFERQ-PAmCherry1的基础上增加了一种新型18个氨基酸的表位标签“NE”，这种标签能够用于特异性免疫检测和定量PAmCherry1-KFERQ蛋白表达量，满足多种实验需求，可谓是在KFERQ-PAmCherry1探针的基础上锦上添花。

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图4 KFERQ-PAmCherry1工作原理图

至此，本期内容就结束了，主要介绍了分子伴侣介导的自噬的概念，应用案例和研究工具。关于自噬领域的干货分享就到这里啦，收官大吉！下期我们将推送假病毒相关干货知识，欢迎友友们订阅关注。

参考文献

1. Koga H, Martinez-Vicente M, Macian F, Verkhusha VV, Cuervo AM. A photoconvertible fluorescent reporter to track chaperone-mediated autophagy. Nat Commun. 2011 Jul 12;2:386. doi: 10.1038/ncomms1393.

2. Ho PW, Leung CT, Liu H, Pang SY, Lam CS, Xian J, Li L, Kung MH, Ramsden DB, Ho SL. Age-dependent accumulation of oligomeric SNCA/α-synuclein from impaired degradation in mutant LRRK2 knockin mouse model of Parkinson disease: role for therapeutic activation of chaperone-mediated autophagy (CMA). Autophagy. 2020 Feb;16(2):347-370. doi: 10.1080/15548627.2019.1603545.

3. Lee W, Kim HY, Choi YJ, Jung SH, Nam YA, Zhang Y, Yun SH, Chang TS, Lee BH. SNX10-mediated degradation of LAMP2A by NSAIDs inhibits chaperone-mediated autophagy and induces hepatic lipid accumulation. Theranostics. 2022 Feb 21;12(5):2351-2369. doi: 10.7150/thno.70692.

4. Fan Y, Hou T, Gao Y, Dan W, Liu T, Liu B, Chen Y, Xie H, Yang Z, Chen J, Zeng J, Li L. Acetylation-dependent regulation of TPD52 isoform 1 modulates chaperone-mediated autophagy in prostate cancer. Autophagy. 2021 Dec;17(12):4386-4400. doi: 10.1080/15548627.2021.1917130.

5. Desideri E, Castelli S, Dorard C, Toifl S, Grazi GL, Ciriolo MR, Baccarini M. Impaired degradation of YAP1 and IL6ST by chaperone-mediated autophagy promotes proliferation and migration of normal and hepatocellular carcinoma cells. Autophagy. 2023 Jan;19(1):152-162. doi: 10.1080/15548627.2022.2063004.

6. Madrigal-Matute J, de Bruijn J, van Kuijk K, Riascos-Bernal DF, Diaz A, Tasset I, Martín-Segura A, Gijbels MJJ, Sander B, Kaushik S, Biessen EAL, Tiano S, Bourdenx M, Krause GJ, McCracken I, Baker AH, Jin H, Sibinga NES, Bravo-Cordero JJ, Macian F, Singh R, Rensen PCN, Berbée JFP, Pasterkamp G, Sluimer JC, Cuervo AM. Protective role of chaperone-mediated autophagy against atherosclerosis. Proc Natl Acad Sci U S A. 2022 Apr 5;119(14):e2121133119. doi: 10.1073/pnas.2121133119.