近日，中国科学技术大学生命科学学院、合肥微尺度物质科学国家研究中心王朝研究员课题组与香港科技大学张明杰院士课题组、中国科学院生物物理所张宏研究员课题组合作，首次发现了针对细胞自噬过程中Atg8家族成员的强效及特异性抑制短肽，并揭示其作用的分子机制，为细胞自噬领域的深入研究提供了强有力的研究工具。该研究成果以“Potent and specific Atg8-targeting autophagy inhibitory peptides from giant ankyrins”为题，于6月4日在线发表在国际学术权威期刊《自然•化学生物学》（Nature Chemical Biology）上。
细胞自噬是真核细胞内进化高度保守并且受到精密调控的物质分解代谢过程，在维持细胞稳态和帮助细胞应激多种压力等众多生理过程中发挥着非常关键的作用。因此，细胞自噬的功能失调与包括癌症、神经退行性疾病及代谢疾病等很多人类重大疾病息息相关。Atg8家族蛋白是细胞自噬过程中重要的适配器蛋白，广泛分布于自噬体的内外膜上，参与了细胞自噬过程中的许多关键步骤，在自噬体的形成、延伸、闭合及成熟，招募降解底物及自噬囊泡转运中都发挥着重要的作用。人类等哺乳动物的Atg8家族成员可以分为GABARAP亚家族（包含GABARAP、GABARAPL1、GABARAPL2）与LC3亚家族（包含LC3A、LC3B、LC3C）。之前的研究表明，Atg8的结合蛋白含有一个LC3相互作用区域（LIR）的核心模式序列，但通常相互作用能力并不强。由于Atg8家族成员蛋白在序列上高度相似、功能上也有一定重合，因此在研究自噬过程中如何区分各个亚家族成员的特定功能一直是个难点。
在本项研究中，研究团队在研究神经系统重要支架蛋白ankyrin家族蛋白时，意外的发现，神经元中特异性表达的480kD ankyrin-G蛋白中含有能够极强的结合GABARAP蛋白的短肽，而其与LC3A蛋白的结合能力则较弱。团队进一步的研究又发现，440kD ankyrin-B蛋白中的结合短肽能够同时极强的结合所有的Atg8家族成员。在这些生化实验的基础上，研究团队通过解析了多组GABARAP/LC3与ankyrin-G/B的高分辨率复合物晶体结构，系统的阐释了ankyrin与Atg8家族蛋白相互结合的分子基础，并首次鉴定了在LIR核心结合序列之外，还存在一段被称为“C-helix”的延伸片段，能极大的帮助ankyrin结合Atg8成员。在此基础上，研究团队又通过定点突变获得了更高选择特异性的结合短肽，从而可以选择性的抑制不同Atg8亚家族介导的细胞自噬过程。接下来，研究团队从细胞层面和活体动物层面对这一细胞自噬抑制过程进行了深度解析，利用诱导Cos7细胞系和模式生物线虫体内细胞自噬产生，转入不同的抑制性短肽等手段，研究细胞自噬状态及自噬流的变化，从而解析ankyrin蛋白短肽通过靶标Atg8蛋白对细胞自噬过程的影响。
本项研究综合了生物化学、结构生物学、细胞生物学、遗传学及模式生物线虫体内研究等多种手段，阐述了从支架蛋白ankyrin中鉴定出的短肽结合Atg8家族成员的生化和结构基础，表明这些可以进行遗传编码的短肽能够在时间及空间等多尺度抑制细胞自噬过程，为细胞自噬领域的深入研究提供有效的研究工具，并为发展治疗细胞自噬相关疾病的方法提供新的思路。
张明杰院士、王朝研究员和张宏研究员为本项研究的共同通讯作者。该项研究得到了中科院率先行动“人才计划”、国家自然科学基金委和科技部等项目的资助。
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