北理工课题组研究揭示SMURF1通过促进受损溶酶体自噬降解维持细胞稳态

近日，北京理工大学生命学院董磊教授课题组在自噬领域顶级期刊《Autophagy》最新发表题为“SMURF1 mediates damaged lysosomal homeostasis by ubiquitinating PPP3CB to promote the activation of TFEB”的研究论文。

巨自噬/自噬是通过形成自噬体和自噬溶酶体（成熟自噬体与溶酶体融合形成）来降解细胞内受损的细胞器和/或错误折叠蛋白的重要的细胞循环过程，并参与各种生理和病理过程。自噬转录因子TFEB通过与溶酶体表达和调控（CLEAR）基序的靶基因结合，也在溶酶体稳态中发挥关键作用。先前的研究发现MTORC1（MTOR复合物1）、RRAG、TRIM16、LC3脂质化和 SMURF1在不同条件下参与TFEB的核转运。一般来说，TFEB（S211）可以被在溶酶体表面的MTORC1激酶磷酸化，然后与YWHA（酪氨酸3-单氧酶/色氨酸5-单氧酶激活蛋白）/14-3-3结合，导致其在细胞质中滞留。且溶酶体受损会通过以ATG依赖的方式选择性地损害 MTORC1介导的TFEB S211磷酸化减少，降低与YWHA/14-3-3的结合。另外，PPP3/calcineurin 是唯一受细胞内钙调控的丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶。活化的PPP3/calcineurin会使细胞质中的TFEB去磷酸化，会导致其核转位并激活自噬相关基因。然而，在溶酶体损伤情况下如何调节TFEB激活的联动分子机制仍尚未清楚。

北京理工大学生命学院董磊教授团队前期发现阻断SMURF1（SMAD特异性E3泛素蛋白连接酶通过抑制TFEB的核转运，从而阻碍对溶酶体损伤的自噬生成。半乳糖凝集素（galectins）识别内膜溶酶体的损伤信号，导致SMURF1和PPP3/calcineurin被招募到溶酶体上，形成了LGALS3- SMURF1-PPP3/calcineurin复合体，该复合体能够稳定TFEB，从而去磷酸激活TFEB并进行溶酶体生成相关基因的表达。SMURF1作为一个连接环境压力和自噬/自溶酶体联动的核心蛋白，参与调控了TFEB的激活。

该课题组最新发表的研究论文进一步阐释了钙离子依赖磷酸酶PPP3/calcineurin在溶酶体稳态调控中复合物形成中的“桥梁”作用与SMURF1的协同机制。首先，PPP3CB作为桥梁，在溶酶体损伤后通过与LGALS3结合，招募SMURF1，形成LGALS3- SMURF1-PPP3/calcineurin复合体。其中，PPP3CB通过去磷酸化LGALS3的方式促进LGALS3开放构象的形成，增加NT（N端尾部结构域）和CRD（C端碳水化合物识别域）之间的解离。此外，SMURF1能够泛素化修饰PPP3CB（蛋白磷酸酶3催化亚基β）促进受损溶酶体的自噬降解。在受到细胞内的钙信号刺激时，PPP3CB的第146位赖氨酸处被招募的SMURF1泛素化。SMURF1对PPP3CB的K63泛素化增强了对TFEB的招募。另一方面，活化的PPP3CB和调节亚基PPP3R1直接与TFEB相互作用，促进TFEB的构象校正，进而激活TFEB靶向基因的转录（图1）。

图1 SMURF1参与溶酶体损伤后受损溶酶体清除过程的示意图（图源自于Autophagy）

这项研究揭示了PPP3CB及其泛素连接酶SMURF1对溶酶体损伤的细胞应激响应的关键机制，解析TFEB在溶酶体损伤情况下亚细胞定位的通路的分子机制在未来有利于SMURF1作为治疗应激相关疾病的潜在药物靶点的可行性。

原文链接：https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/15548627.2024.2407709