Cell:揭示内质网表面钙瞬变是启动多细胞自噬的关键信号

自噬是指形成具有双层膜结构的自噬，包裹部分细胞质并将其运送到溶酶体进行降解和恢复的过程，对抵抗各种胁迫和维持细胞稳态非常重要。自噬与阿尔茨海默病等神经退行性疾病的发生发展密切相关。自噬形成的关键步骤包括隔离膜(自噬的前体)的启动、成核、延伸和关闭。科学家对自噬分子机制的认识主要来自于对单细胞酵母自噬的研究。多细胞自噬的形成过程更加复杂，包括许多独特的步骤和多细胞生物特有的自噬蛋白的参与。

多细胞自噬和酵母自噬的一个重要区别在于自噬形成的位置。酵母自噬形成于液泡膜上，而多细胞自噬同时形成于内质网的多个位点。识别决定内质网上自噬形成的信号是自噬领域一个突出的科学问题。

10月5日，中科院生物物理所研究员张虹课题组在《细胞》 (Cell)在线发表了题为《表面钙瞬变触发FIP 200液液相分离指定自噬体起始位点》的研究论文。本研究发现，自噬诱导的内质网表面钙瞬变是决定内质网自噬形成的关键信号。内质网表面钙瞬变导致参与自噬启动的FIP200复合物液液分离。然后形成的FIP200缩合物与内质网膜蛋白VAPs和ATLs结合并位于内质网中，成为自噬的起始位点。

研究表明，快速钙螯合剂BAPTA-AM可以抑制参与自噬启动的FIP200复合物在内质网上形成聚集体，但这一过程不能被慢速钙螯合剂EGTA-AM阻断。这表明，快速的局部钙离子变化，而不是稳定的钙离子浓度变化，可能参与了自噬的启动过程。研究人员构建了内质网跨膜结构域CYB5与快速钙探针GCaMP6f的融合蛋白，将GCaMP6f定位于内质网表面朝向细胞质一侧，以检测自噬诱导的内质网表面钙浓度的变化。使用多模式超分辨率活细胞成像(Multi-SIM)发现，在饥饿或Torin1处理等自噬诱导的条件下，内质网表面发生钙瞬变/钙振荡，这些钙信号可以被BAPTA-AM阻断，但不能被EGTA-AM阻断。

发现抑制内质网表面钙瞬变/钙振荡会阻碍自噬的形成。在钙通道释放抑制剂和钙通道蛋白敲除的细胞中，FIP200复合物在内质网上的聚集被显著抑制，这表明内质网表面的钙瞬变对自噬的形成非常重要。在自噬诱导的条件下，内质网表面的钙瞬变/钙振荡被精细调控。在钙通道激活剂的处理下，内质网表面钙瞬变/钙振荡的振幅、频率和持续时间显著增加。以FIP200聚集体和WIPI2为标志的早期自噬结构数量显著增加，但自噬活性受到抑制，表明钙通道激活剂的处理抑制了功能性自噬结构的形成。电镜观察显示，这些自噬结构明显变小且无法闭合，提示内质网表面钙的持续增加影响了自噬延伸和闭合的过程。

张研究组利用已建立的线虫遗传筛选模型，确定了一系列多细胞生物特有的自噬基因，包括编码内质网跨膜蛋白的epg-4/EI24。在这项研究中，发现EI24敲除的细胞显示出与那些处理的细胞相似的现象

内质网表面钙瞬变/钙振荡如何决定参与自噬启动的FIP200复合体在内质网上组装？发现在自噬诱导条件下，内质网表面的钙瞬变/钙振荡触发了FIP200复合物的液液分离，形成高度动态且易融合的液滴状FIP200凝聚物。FIP200聚集体通过与内质网膜蛋白VAPs和ATLs结合而稳定定位于内质网上，并沿内质网移动与其他FIP200聚集体融合。达到一定大小后，FIP200聚集体停止融合，成为内质网上自噬的起始位点，募集下游自噬蛋白，开始自噬的形成。该研究揭示了内质网表面钙瞬变是决定内质网自噬形成的关键信号，促进了科学家对多细胞自噬分子机制的认识，对探索自噬异常及相关疾病的发生发展和开发新的治疗策略具有重要意义。

这项研究是由国家和国家重点研究资助的。博士项目，并得到了生物物理研究所成像平台的支持。

内质网中的瞬时钙触发了FIP200复合体的液液分离，在内质网上形成了自噬起始位点的模式图。