Rab-7a

引言溶酶体是降解和信号传导中心，对体内平衡、发育和衰老至关重要。为了满足不同的细胞需求，溶酶体通过不断的融合和分裂重塑其形态和功能。人们对裂变的分子基础所知甚少。2024年3月27日，中国科学院生物物理研究所王晓晨及冯巍共同通讯在Nature在线发表题为“The HEAT repeat protein HPO-27 is a lysosome fission factor”的研究论文，该研究证明，HEAT重复蛋白HPO-27是一种溶酶体裂变因子。HPO-27的缺失会损害溶酶体的裂变，导致过度的管状网络最终崩溃。HPO-27及其人类同源物MROH1被RAB-7募集到溶酶体中，并在裂解位点富集。超分辨率成像、阴性染色电镜和体外重构实验显示，HPO-27和MROH1分别在蠕虫和哺乳动物细胞中自组装介导溶酶体小管的收缩和断裂，并在体外组装切断支撑的膜管。HPO-27的缺失会影响溶酶体的形态、完整性和降解活性，从而影响动物的发育和寿命。因此，HPO-27和MROH1作为自组装分裂因子维持溶酶体稳态和功能。溶酶体是协调细胞代谢和清除的主要降解细胞器和信号中心。溶酶体功能障碍与代谢紊乱、神经退行性疾病和年龄相关病理有关，这突出了溶酶体在生理和衰老中的重要性。溶酶体经历不断的融合和裂变。它们与其他细胞器融合，获得必需的成分和酸度，接收用于降解的货物，并履行分泌功能。为了平衡这种向内的物质流动，溶酶体进行裂变以保持其稳态的数量、形状、大小、组成和功能，并完成再生。可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体(SNARE)复合物在被RAB-7和/或ARL8效应物拴住后以反式方式组装，以驱动溶酶体与货物递送囊泡融合，对溶酶体膜裂变所知甚少。囊泡形成机制可以聚集在纯化的致密溶酶体上，启动出芽，介导吞噬溶酶体的分解，并参与自溶酶体重组(ALR)产生的小管的形成和裂变。遗传性痉挛性截瘫蛋白SPG11、SPG15和AP5参与溶酶体膜循环。磷脂酰肌醇3-磷酸(PtdIns3P)、磷脂酰肌醇4-磷酸(PtdIns4P)、磷脂酰肌醇4,5-二磷酸(PtdIns(4,5)P2)和磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸(PtdIns(3,5)P2)参与溶酶体通过囊泡或管状中间体的膜出口，但其下游效应物尚不清楚。ARF-pi4kii β阳性囊泡可能调节PtdIns3P信号，促进溶酶体小管分裂。动力蛋白超家族蛋白在许多情况下介导分裂，动力蛋白2在肝细胞脂质吞噬过程中切断ALR小管。然而，作用于溶酶体的裂解分子仍有待鉴定。亨廷顿蛋白，延伸因子，蛋白磷酸酶2A的一个亚基，信号激酶TOR1 (HEAT)重复序列是由短环连接的两亲性α-螺旋对阵列。它们存在于功能多样的真核蛋白中。HEAT以反平行方式排列并堆叠以形成具有大表面积的结构柔性和高弹性螺线管。这些特性对于在各种细胞内环境下形成支架和桥接蛋白质-蛋白质相互作用是重要的。HPO-27在溶酶体裂变中的功能模型（Credit: Nature）该研究确定了HPO-27是一个溶酶体裂解分子。HPO-27作为RAB-7效应物被募集到溶酶体中，介导膜收缩和断裂。因此，HPO-27维持溶酶体的形状、结构完整性和降解功能，这对动物的发育和长寿至关重要。人类同源物MROH1也与溶酶体相关，促进小管裂变。该研究表明HPO-27和MROH1自组装介导膜收缩和断裂。中国科学院生物物理研究所王晓晨研究员和冯巍研究员为本文的共同通讯作者。云南大学和中国科学院生物物理研究所联合培养李乐涛博士、中国科学院生物物理研究所刘希璐博士、博士生杨珊珊为共同第一作者。原文链接https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/s41586-024-07249-8责编|探索君排版|探索君文章来源|“iNature”End往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文Nature | 破除传统：为何我们需要重新思考肿瘤的命名方式热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

饮食/热量限制（Dietary/Caloric Restriction）能延缓衰老并非新闻。自古以来，人们便意识到了限制饮食或热量的重要性。《黄帝内经》中有这样一句养生之道：食饮有节，起居有常，不妄作劳，故能形与神俱，而尽终其天年，度百岁乃去。东晋时期著名医生葛洪曾言，不欲极饥而食，食不过饱。现在人们最常提到的“饭吃八分饱”的说法，也与其有着异曲同工之处。饮食/热量限制（DR/CR），是指在满足必需营养素（如必需氨基酸、维生素、必需脂肪酸等）摄取的情况下，减少能量摄入。从现代科学来看，饮食限制能延寿并非“空穴来风”，目前已在多物种中观察到其抗衰老、延寿命的作用，包括酵母、啮齿动物、非人类灵长动物，甚至人类身上。在现实生活中，衰老往往伴随着“认知能力下降”现象的发生。于是，研究者开始思考，既然饮食限制能够延缓物种的衰老，是否也同样能起到保护大脑的作用呢？最近，来自美国巴克衰老研究所的研究团队回答了上述问题，并从细胞学机制层面找到了饮食限制能延长寿命和保护大脑的关键一环——mtd/OXR1基因。具体来说，在饮食限制的条件下，mtd/OXR1可以维持逆转录酶，从而保护神经健康和延缓大脑衰老。该研究发表在Nature Communications上。https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1038/s41467-023-44343-3研究者早已观察到，人耐氧化性能蛋白（OXR1）基因具有着重要作用——如果基因发生变异，会导致小脑萎缩、张力减退、语言发育迟缓和癫痫发作等一系列疾病。相反，在肌萎缩侧索硬化症（ALS）的小鼠模型中，OXR1基因的过表达则能够提高存活率。那么，在神经缺陷和过早死亡的发生过程中，OXR1基因是否发挥了保护作用？又是如何发挥的呢？为了回答这一问题，研究者扫首先描了160种具有不同遗传背景的果蝇，并在自由进食（AL）和DR（约正常饮食的10%）的条件下进行喂养。在测试了果蝇寿命后，定位到了5个与“DR诱导的长寿”显著相关的基因，它们均具有特定的遗传变异。但在上述5个基因中，仅仅铁氧还原蛋白（Fdxh）和mustard（mtd）有人类同源基因，分别对应着铁氧还原蛋白2和OXR1。对比发现，由Act5c-GS-Gal4驱动的全身mtdRNA干扰会导致DR特异性的寿命缩短，而FdxhRNA干扰则无法诱导该现象。也就是说，mtd表达在DR介导的长寿过程中发挥着重要作用。于是，在这两个基因中，研究者选择了与人类和小鼠OXR1相对应的基因mtd，而后续研究将基于mtd深入展开。DR条件下延长的寿命需要基于mtd的表达有意思的是，研究者在果蝇的头部观察到，DR条件下的mtd mRNA表达量增加了7倍。如果能一直坚持DR，整个生命周期中的mtd表达均显著增加。也就是说，饮食限制能够增加果蝇神经元中mtd的表达。但与之相反，当采用组成型活性elav-Gal4驱动神经元mtd mRNA干扰后，无论是采用何种饮食模式，甚至DR，均会诱导果蝇发育缺陷的发生以及严重的寿命缩短。Mtd/OXR1中的TLDc结构域发挥着保护神经的作用。于是，研究者进一步在不携带mtd等位基因的果蝇神经元中过表达了缩减的人OXR1基因（hOXR1OE），观察到果蝇“找回了”丢失的寿命和DR反应。由此可见，神经元mtd的表达是DR介导的寿命延长过程中必不可少的一环，如果将其敲除则会诱发严重的发育缺陷以及寿命缩短。敲除mtd基因会导致寿命的缩短利用公开的ChIP-seq数据，研究者找到了DR中调节mtd表达的关键点——Traffic Jam（TJ）。具体来说，ChIP-seq数据显示基因座上存在CCCTC结合因子（CTCF）和TJ的重要结合信号。其中，诱导性神经元ctcfRNA干扰增加了mtd的表达，而tjRNA干扰则导致DR条件下所有mtd转录表达的降低以及寿命的缩短。事实上，饮食限制主要限制了整体蛋白质摄入量，进一步的验证显示，蛋白质限制诱导的mtd增加受到TJ的调控，从而延长了果蝇的寿命；但在正常饮食条件下，mtd表达则会受到CTCF的影响而被抑制。不过，这些效应只影响变异位点和TJ/CTCF结合位点下游的较短转录本。研究者解释道，体内营养相关成分的增加并非好事儿，反而可能会带来一定的健康损害，比如逆转录酶失调，甚至进一步缩短了寿命。在“向下”找到了影响mtd表达的关键因素之后，接下来“向上”探索mtd影响寿命的具体机制。这个过程究竟是如何实现的呢？研究者分析了与人OXR1共表达模式相似的前50个基因的基因本体（GO）术语，并对人成纤维细胞的OXR1和囊泡转运细胞器标记物进行了共同染色，包括溶酶体、核内体、高尔基体、内质网和线粒体。进一步的实验观察到，OXR1染色与内体标志物RAB7高度重叠。这时候，如果对神经元mtdRNA进行干扰，会发现果蝇体内Atg8a-II水平有所增加，即自噬体形成的标志物增加。研究者解释道，由于内吞蛋白和脂质的不当运输，内体中逆运复合体（retromer）功能障碍会导致溶酶体功能障碍，以及自噬体形成的增加。因此，可以推测，OXR1具有维持逆运复合体功能的作用。果不其然，当研究者对果蝇体内的神经元mtdRNA和tjRNA进行干扰时，逆运复合体蛋白水平被显著降低了，证明上述推测是正确的。事实上，对于健康的神经元来说，逆运复合体的维持是必不可少的；相反，当缺失逆运复合体蛋白时，则会诱导神经退行性疾病的发生。所以，mtd基因之所以能发挥抗衰和保护神经的作用，是因为它参与了逆运复合体功能的维持。mtd与逆运复合体之间的相互作用最后一步，回归人体——mtd/OXR1表达是否能够发挥防止神经退行性疾病和阿尔茨海默症发生的作用呢？利用人类组学数据集，研究者观察到，在丰度水平与OXR1基因呈正相关的蛋白质和受年龄影响的基因中，有83个基因存在重叠。进一步对数据集重叠基因进行KEGG通路分析，结果显示，与年龄相关的神经退行性疾病（包括阿尔茨海默症、亨廷顿氏症、帕金森病等）均出现了显著的富集。此外，研究者观察到，低水平的OXR1、VPS35、SNX5和RAB7A与阿尔茨海默症的诊断、记忆力和病理评分低下有关，而这些都是人OXR1和逆运复合体相关蛋白。相反，如果过表达了OXR1或逆运复合体，则能够挽救与阿尔茨海默症以及tau病理相关的表型。正如先前提到的那样，逆运复合体功能障碍与年龄相关性退行性神经疾病（比如阿尔茨海默症）之间有着紧密联系，尤其是在疾病进展的转运和突触功能的维持。鉴于OXR1与逆运复合体之间的关系，OXR1及其蛋白网络是减缓人类和果蝇衰老和与年龄相关的神经退行性疾病的关键调节剂。综上所述，本研究发现了一个重要基因mtd/OXR1——在间歇性禁食或者卡路里限制等营养限制的策略中，mtd/OXR1基因水平会有所提高，进一步激活了逆运复合体功能，发挥出维持神经元功能、延缓大脑衰老以及寿命延长等多种作用，对大脑健康产生正向影响。本研究的共同通讯作者Kenneth Wilson还强调了另一个观点“饮食会影响人体内所有的过程”。所以，只要你努力坚持健康饮食方式，身体是不会“辜负”你的，而且这种影响会比你想象得更大。总结来说，吃得少，活得久，脑更灵。春节想必大家一定吃了不少吧，从今天开始可以加入“少吃”行列了哦参考资料：[1]Wilson, K.A., Bar, S., Dammer, E.B. et al. OXR1 maintains the retromer to delay brain aging under dietary restriction. Nat Commun 15, 467 (2024). https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1038/s41467-023-44343-3撰文 | Swagpp编辑 | Swagpp版权说明：梅斯医学（MedSci）是国内领先的医学科研与学术服务平台，致力于医疗质量的改进，为临床实践提供智慧、精准的决策支持，让医生与患者受益。欢迎个人转发至朋友圈，谢绝媒体或机构未经授权以任何形式转载至其他平台。点击下方「阅读原文」 立刻下载梅斯医学APP！

引言神经细胞对各种外部信号的适当和特异性反应对于神经回路的建立和维持至关重要，这一过程需要适当募集适应分子来选择性地激活下游通路。2024年2月14日，中国医学科学院/北京协和医学院彭小忠及舒鹏程共同通讯在Signal Transduction and Targeted Therapy（IF 39）在线发表题为“Docking protein 6 (DOK6) selectively docks the neurotrophic signaling transduction to restrain peripheral neuropathy”的研究论文，该研究发现Dok(酪氨酸激酶的下游)家族的成员DOK6是维持外周轴突所必需的，并且DOK6的缺失会导致小鼠典型的外周神经病变症状，表现为感觉受损、异常姿势、足部畸形、神经传导受阻和髓鞘发育障碍。此外，Dok6在周围神经元中高表达，而在雪旺细胞中不表达，并且周围神经元中Dok6的基因缺失导致典型的外周髓鞘外折叠、轴突破坏和轴突逆行运输受阻。具体来说，DOK6是TrkC和Ret选择性介导的神经营养信号转导和逆行转运的衔接蛋白，而不是TrkA和TrkB的衔接蛋白。DOK6与运输机制中的某些蛋白质相互作用并控制其磷酸化，包括MAP1B、Tau和Dynein，用于轴突运输，并特异性激活下游ERK1/2激酶途径以维持轴突存活和稳态。这一发现为遗传性周围神经病变和其他退行性疾病的发病机制和治疗提供了新的线索。神经活动的几乎所有方面，从神经元和胶质细胞的产生到适当电路的建立和维持，都依赖于细胞内对环境信号(如神经递质、生长因子、激素和其他化学刺激)的精确信号转导。多种信号通路参与这些过程的调控，形成一个复杂而紧密组织的网络，以实现不同的功能结果。受体酪氨酸激酶(RTK)信号被广泛认为在周围神经系统(PNS)的发育和维持中起关键作用，影响周围神经元的轴突和雪旺细胞(SCs)产生的髓鞘。受体酪氨酸激酶(RTK)信号在细胞内区域含有一个催化酪氨酸激酶。RTKs信号转导失调导致多种神经病变。RTKs是细胞表面受体的一个大家族，通常由生长因子和营养因子激活。激活后，RTKs招募适配器和效应蛋白来促进各种下游细胞内信号级联，包括丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)，磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)， Janus激酶和信号转导和转录激活因子(JAK/STAT)，以及PLCγ途径。MAPK级联被细分为至少四个亚家族:细胞外信号相关激酶(Erk1/2)、Erk5、JNK1-3和p38激酶(包括p38α、β、γ和δ)。令人感兴趣的是，多个RTKs利用相似的分子亚群或重叠的下游级联通路来实现不同的生物学结果，如细胞生长、分化、存活和功能。然而，如何实现信号特异性，或者如何产生独特的细胞反应，仍然是一个重大的挑战。模式图（Credit: Signal Transduction and Targeted Therapy）此外，一些RTK信号复合物也被运输，特别是神经营养因子信号。特异的靶源性神经营养因子(NTs)通过受体介导的内吞作用与受体结合形成信号内体，然后配体-受体复合物依靠动力蛋白和Rab蛋白通过基于微管的运动系统逆行运输，并募集下游分子激活特异的下游途径。值得注意的是，NGF和TrkA的突变，或逆行轴突运输通路组分(如DYNC1H1、RAB7A、KIF1A和DCTN1)的缺陷，可导致遗传性周围神经病变，这些病变具有广谱性，根据所涉及的神经元类型，具有可变的感觉、运动、自主神经和其他器官营养症状，并导致这些纤维的损伤。信号分子的转运控制着它们在转导事件中的精确空间位置，信号级联也影响转运。然而，这两种信号事件的调控机制尚不完全清楚。了解信号转导的组成部分对于揭示潜在的机制至关重要，因为它们的浓度、定位和与其他蛋白质的相互作用对于确定不同的和特定环境的反应至关重要。该研究发现DOK6是一个参与外周轴突维持的新因子，并发现DOK6的缺失会导致小鼠周围神经病变的典型症状。值得注意的是，Dok6在某些类型的DRG神经元中特异性表达，但在PNS的SCs中不表达，这是轴突髓鞘形成所必需的。从机制上讲，DOK6是促进NT-Trk信号逆行转运和选择性激活MEK/ERK信号通路的关键适配蛋白。这一发现也为驱动周围神经病变的潜在机制提供了新的见解。原文链接https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/s41392-024-01742-2责编|探索君排版|探索君文章来源|“iNature”End往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文Science最新发布：全世界最前沿的125个科学问题热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文Nature | 癌症与神经系统的致命舞蹈