米乐m6中国官方网站 溶解细胞器膜的酶的激活机制的阐明

东京大学前沿科学研究生院技术员 Kyoka Sasaki 和 Kuninori Suzuki 副教授；山形大学学术研究所渡边泰典副教授（理学院院长）；大学理学院本科生 Yurina Iwasaki（研究时）；米乐m6官方网站细胞分子工程研究部首席科学家Chie Motono；今井研究组组长健一郎等人领导的研究组是磷脂降解酶 Atg15（注 1）脂肪酶（注2）的激活机制。

真核生物，包括人类，被细胞内磷脂制成的生物膜分隔奥丽尔（注3）。老细胞器自噬（注4）的细胞内降解系统降解，但为了做到这一点，必须首先分解细胞器周围的生物膜。

之前的研究表明，在没有Atg15的细胞中，未消化的细胞器会积聚在液泡内，但尚不清楚Atg15是否具有直接降解生物膜的能力。

这一次，Atg15重组蛋白（注5）。我们还证实纯化的Atg15具有分解磷脂的活性。此外，他们发现蛋白水解酶处理增强了 Atg15 的活性，使其能够降解细胞器周围的磷脂膜。

迄今为止，唯一已知的磷脂降解酶是那些不加区别地降解目标磷脂的酶。 Atg15是一种具有新活性的酶，它在特定条件下表现出降解细胞内细胞器的活性。包膜病毒的灭活（注6）。

这项研究成果于2023年12月19日发表在国际科学期刊《细胞报告在线发布

<研究背景>

酿酒酵母酿酒酵母（所谓的面包酵母）是一种单细胞真核生物，广泛应用于基础研究。包括人类在内的真核生物的细胞内具有由磷脂制成的生物膜分隔的细胞器。旧的细胞器被运输到液泡（负责分解的细胞器），然后被称为自噬的细胞内降解系统降解。为了分解细胞器的内容物，必须首先分解细胞器周围的生物膜。此前的研究表明，在没有Atg15的细胞中，未消化的细胞器会积累在液泡中，但由于除了Atg15突变体之外，还有其他突变体积累未消化的细胞器，因此目前尚不清楚Atg15是否具有直接降解生物膜的能力。到目前为止，还没有使用纯化的Atg15来测量活性的研究报道，因此我们继续以纯化Atg15并测量其活性为目标进行研究。
 

<研究内容>

这一次，嗜热真菌嗜热毛壳菌（注7）Atg15（以下称为“重组Atg15”）。进一步研究结果首次证实重组Atg15具有降解细胞器周围生物膜的活性。

此外，还发现通过用称为蛋白酶K的蛋白水解酶处理重组Atg15，Atg15的酶活性显着增加。 Atg15，其中构成重组Atg15的多肽链的一个位点被蛋白酶K切割，具有两部分多肽链（注8），但我们发现这两条多肽链表现为一种酶，没有分离（以下简称“活性Atg15”）。此外，Atg15的酶活性仅在酸性条件下检测到，而在中性或碱性条件下检测不到，表明Atg15的激活至少需要蛋白酶裂解和酸性条件两个条件。在酿酒酵母中，这两个条件仅在液泡内部满足，因此Atg15被认为仅在液泡内部活跃。

因此我们使用了 AlphaFold2，这是一款利用深度学习来预测蛋白质 3D 结构的软件。祖先类型(注9)利用Atg15的结构和活性Atg15，分子动力学模拟分析（注释 10）已执行（图 1）。

前体类型 Atg15活跃中心（注释11）仍然埋在结构内部，几乎观察不到任何变化。这意味着目标磷脂不能与Atg15的活性中心结合并且不会被降解。相比之下，在活性Atg15中，活性中心附近的结构发生灵活变化，并且观察到活性中心暴露于外部。在这种状态下，认为它可以与磷脂底物结合并将其分解。认为蛋白酶K激活Atg15的分子机制本质是提高Atg15分子本身的柔韧性，使活性中心暴露出来。

接下来，我们确定重组 Atg15 是否可以降解从细胞内部提取的细胞器。酿酒酵母线粒体(注12​​)被提取出来，与活性Atg15反应，线粒体膜溶解，线粒体内的蛋白质漏出。此外，还观察到线粒体以外的细胞器的裂解，表明Atg15具有溶解多种细胞器膜的活性。

活性 Atg15 包含在称为液泡的细胞器中，但活细胞中的液泡膜不会被 Atg15 降解。我们目前正在进行研究来解决这个问题。

在这项研究中，东京大学使用从细胞中提取的细胞器测量了 Atg15 脂肪酶的活性，山形大学对 Atg15 脂肪酶进行了结构生物学分析，并使用人工底物测量了其活性，日本国立先进工业技术研究所使用分子动力学模拟对 Atg15 脂肪酶进行了功能分析。
 

<未来展望>

这项研究表明 Atg15 通过降解磷脂来溶解细胞器膜。未来，通过研究Atg15的底物特异性，我们希望对其进行修饰，使其具有靶向并降解特定细胞器的活性。未来，我们将继续研究，着眼于使用 Atg15 灭活包膜病毒等应用。

东京大学前沿科学研究生院
山形大学
米乐m6官方网站细胞与分子工学研究部

<杂志>络细胞报告
<标题>Atg15 是一种液泡磷脂酶，可分解细胞器膜<DOI>101016/jcelrep2023113567
<网址><https://doiorg/101016/jcelrep2023113567
 

这项研究得到了日本科学技术振兴机构 (JST) 战略基础研究促进项目 CREST 研究领域“细胞内现象的时空动力学（项目编号 JP201032912）”和日本学术振兴会的支持这项工作是作为科学研究援助基金 (23K11313、22K0609、 22H02569、21K19205、21H03551、20H05313）。这项研究得到了内藤科学振兴纪念基金会和日本医学研究开发机构 (AMED) 药物发现先进技术支持平台 (BINDS) 的支持（项目编号 23ama121029j0002）。

(注1)磷脂镜

一种脂质，具有两个脂肪酸链和一个含有磷酸的极性基团，该磷酸基团连接到甘油的三个羟基上。它是生物膜的主要成分。[返回来源]

（注2）脂肪酶

水解脂质中酯键的酶的总称。通常，它通常指分解甘油三酯（甘油和脂肪酸的组合）的酶，但这里指的是水解磷脂（生物膜的主要成分）的酶。[返回来源]

（注3）细胞器

在细胞内发挥特定功能并被生物膜分隔的隔室。已知的结构包括细胞核、线粒体、内质网、高尔基体和液泡（溶酶体）。[返回来源]

（注4）自噬

细胞质和异常细胞器（如异常线粒体）被生物膜包裹，然后转运至液泡（溶酶体）被降解并重新利用的机制。[返回来源]

（注5）重组蛋白

通过使用基因重组技术将所需蛋白质的基因导入大肠杆菌等微生物中而合成的蛋白质。[返回来源]

(注6)包膜病毒

被磷脂制成的细胞器膜包围的病毒的总称。新型冠状病毒和流感病毒都是有包膜病毒。[返回来源]

（注7）嗜热丝状真菌嗜热毛壳菌

一种具有高耐热性的模具。即使在60℃的高温环境下也能生长。一般来说，耐热性高的生物体所具有的蛋白质是稳定的并且通常易于在实验中使用。[返回参考源]

(注8)多肽链

形成肽键的一长串多个氨基酸。蛋白质通过折叠多肽链呈现三维结构并发挥其功能。[返回来源]

(注9)前体类型

对于在非活性状态下合成，然后在部分裂解或结构发生变化时变得活跃的酶，是裂解或结构发生变化之前的状态。[返回来源]

(注10)分子动力学模拟分析

一种分析方法，可在计算机上再现蛋白质等分子，利用溶剂中所含组成原子和分子之间作用的力求解运动方程，并跟踪分子随时间的结构变化。 [返回来源]

（注11）活跃中心

酶中与底物结合并发生催化反应的位点。[返回来源]

（注12）线粒体

消耗氧气产生能量的细胞器。也称为细胞内能量工厂。[返回来源]