哺乳類におけるULK1、ATG13、FIP200の三者相互作用がULKコンプレックス形成とオートファジーに必要不可欠である

핵심 개념

哺乳類のオートファゾーム形成の開始には、ULK1/2、ATG13、ATG101、FIP200からなるULKコンプレックスが重要な役割を果たす。本研究では、AlphaFold2を用いて予測したULK1-ATG13-FIP200の三者相互作用の構造的基盤を実験的に確認し、この三者相互作用がオートファジー活性化に必須であることを明らかにした。

초록

本研究では、哺乳類のオートファゾーム形成の中心的な役割を果たすULKコンプレックスの構造と機能について解明した。
まず、AlphaFold2を用いて、ULK1、ATG13、FIP200からなるULKコンプレックスの構造を予測した。その結果、ATG13がFIP200二量体の両方に結合し、ULK1とも直接相互作用することが示された。
次に、実験的に各相互作用を確認した。ATG13のFIP3A変異体はFIP200との結合が減少し、ATG13のULK2A変異体はULK1との結合が減少した。さらに、ULK1のFIP2A変異体はFIP200との直接結合が減弱していた。
これらの結合の減弱は、オートファジー活性の部分的な低下につながった。特に、ATG13のFU5A変異体(FIP3A+ULK2A)では、オートファジー活性がほぼ完全に失われた。
以上の結果から、ULK1、ATG13、FIP200の三者相互作用がオートファゾーム形成の開始に必須であることが明らかになった。この三者相互作用は、酵母のAtg1複合体とは異なる特徴を持つことが示唆された。

통계

ATG13とFIP200の解離定数(Kd)は6.6 μM
ATG13とULK1の解離定数(Kd)は0.34 μM
ULK1のFIP2A変異体(L967A、F997A)はFIP200との結合が著しく減弱

인용구

"ATG13–ULK1 and ATG13–FIP200 bindings complement each other in autophagy function and that ULK1, ATG13, and FIP200 directly bind to each other to organize the robust ULK complex."

핵심 통찰 요약

The triad interaction of ULK1, ATG13, and FIP200 is required for ULK complex formation and autophagy

by Hama,Y., Fuj... 게시일 www.biorxiv.org 08-02-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.08.02.606296v2

더 깊은 질문

哺乳類のULKコンプレックスの三者相互作用が、酵母のAtg1複合体とどのように異なるのか、その生物学的意義について詳しく考察する必要がある。

哺乳類のULKコンプレックスは、ULK1、ATG13、FIP200の三者相互作用によって形成される。この相互作用は、酵母のAtg1複合体とは異なる構造的特徴を持つ。具体的には、哺乳類のATG13は、同じFIP200二量体内の二つのFIP200に結合するのに対し、酵母のAtg13は異なるAtg17二量体に結合する。この違いは、ULKコンプレックスが高次の集合体を形成する能力に影響を与え、酵母のAtg1複合体が持つ相互作用のブリッジ機能を持たないことを示唆している。生物学的意義としては、ULKコンプレックスの三者相互作用が、細胞のオートファジー活性を調節するための精密なメカニズムを提供し、特に組織特異的なオートファジーの調整に寄与する可能性がある。これにより、哺乳類の細胞は、異なる生理的条件やストレス応答に応じてオートファジーを適切に調整できる。

ULKコンプレックスの三者相互作用が、組織や細胞タイプ特異的なオートファジー活性の調節にどのように関与しているのか、検討する必要がある。

ULKコンプレックスの三者相互作用は、ATG13、ULK1、FIP200の間の相互作用を通じて、オートファジー活性の組織や細胞タイプ特異的な調節に寄与している。特に、ATG13のスプライシングバリアントが存在し、これが異なる細胞タイプでのULKコンプレックスの安定性や機能に影響を与える可能性がある。例えば、ATG13の特定のバリアントがFIP200との相互作用を弱めることで、オートファジーの活性が低下することが示されている。このように、ULKコンプレックスの三者相互作用は、細胞の特定のニーズに応じたオートファジーの調整を可能にし、細胞の生理的な役割やストレス応答において重要な役割を果たす。

ULKコンプレックスの三者相互作用が、オートファゾーム形成部位の液-液相分離にどのように寄与しているのか、さらなる研究が必要である。

ULKコンプレックスの三者相互作用は、オートファゾーム形成部位の液-液相分離に寄与する可能性がある。特に、FIP200の液-液相分離が、オートファジーの開始において重要であることが示唆されている。ULK1、ATG13、FIP200の間の相互作用が、これらのタンパク質の局所的な濃度を高め、相分離を促進することで、オートファゾーム形成のための適切な環境を提供する可能性がある。しかし、具体的なメカニズムや相分離の条件についてはまだ不明な点が多く、さらなる研究が必要である。特に、カルシウムの変動がFIP200の相分離を引き起こすメカニズムや、ULKコンプレックスの構成要素がどのように相分離に寄与するかを解明することが、オートファジーの調節における新たな知見をもたらすだろう。