Cell Rep | Sigma-1受体通过促进局部LC3翻译，从而支持功能性自噬

导读

细胞组分的降解和回收通过溶酶体对细胞稳态至关重要。这一过程主要依赖自噬，分为大自噬、小自噬和伴侣介导自噬。大自噬通过形成自噬体并与溶酶体融合来处理“货物”，这一过程需要新生膜的合成。

自噬体生物合成初期，Vps34/Beclin1复合体在内质网上磷酸化磷脂酰肌醇（PI）形成PI3P，招募自噬启动因子，如WIPI1、WIPI2和DCFP1，形成omega体（欧米茄体），最终发展为成熟自噬体。

Atg8家族蛋白在自噬体形成中起关键作用。它们通过与磷脂酰乙醇胺（PE）结合，招募核心自噬蛋白，并参与自噬体的生长和闭合。LC3B等蛋白的脂质化在ER来源的自噬体膜上发生，涉及到脂质化因子如Atg5和Atg7。

Sigma非阿片类细胞内受体1（S1R）是一种普遍表达的ER跨膜蛋白，涉及多种细胞功能，包括伴侣活动、ER-线粒体接触点的形成和自噬。2024年8月10日，密西根大学医学院细胞与发育生物系Billy Tsai团队在Cell Reports上发表了一篇题为“Sigma-1 receptor recruits LC3 mRNA to ER-associated omegasomes to promote localized LC3 translation enabling functional autophagy”的论文，发现S1R对Atg8家族蛋白LC3B、GABARAP和GABARAPL2的生物合成至关重要。在缺乏S1R的情况下，这些蛋白的翻译显著减少，相关转录本也高度不稳定，导致自噬过程受阻。这些发现支持了S1R在自噬体形成中的重要作用。

文章索引

【标题】Sigma-1 receptor recruits LC3 mRNA to ER-associated omegasomes to promote localized LC3 translation enabling functional autophagy

【发表期刊】Cell Reports

【发表日期】2024年8月10日

【作者及团队】密西根大学医学院细胞与发育生物系Billy Tsai团队

【IF】9.995

研究结果

一. S1R缺失阻碍自噬并降低LC3和GABARAP蛋白水平

S1R缺失导致p62降解受阻，自噬受损。LC3和GABARAP蛋白水平显著降低，这表明S1R对自噬至关重要，补充抗siRNA的FLAG-S1R可以恢复这些自噬标志物的水平。

二. S1R对LC3B和GABARAP mRNA稳定性及蛋白表达至关重要

缺失S1R导致LC3B和GABARAP蛋白水平显著降低。实验表明，S1R缺失并未引起LC3B和GABARAP的降解，而是导致这两种mRNA的快速降解和翻译效率降低。

此外，S1R缺失的细胞虽然LC3B mRNA水平增加，但蛋白水平仍然低，进一步证明S1R对LC3B和GABARAP的稳定性和合成至关重要。这些结果表明，S1R缺失影响了LC3B和GABARAP的mRNA稳定性和蛋白合成。

三. S1R结合LC3B的3' UTR和翻译中的核糖体，促进LC3B的表达

S1R通过直接结合LC3B mRNA的3' UTR来稳定LC3B mRNA并促进其表达。FLAG-LC3B蛋白的表达对S1R依赖，而不含3' UTR的FLAG-LC3B不受S1R影响。

添加3' UTR到GFP后，GFP的表达也变得依赖S1R，S1R与翻译中的核糖体相互作用。LC3B mRNA的163个核苷酸的S1R调控元件（S1Re）对S1R的调控作用至关重要，缺失S1Re会导致LC3B表达显著下降。

四. 体外重建S1R依赖的LC3B翻译

在兔红细胞溶解液中，FLAG-LC3B mRNA翻译效率低，添加含S1R的内质网膜（微泡）后，LC3B翻译得到显著提升，说明内质网相关的S1R活性对LC3B生物合成必不可少。

缺乏3' UTR的FLAG-LC3B mRNA翻译效率高，提示3' UTR抑制翻译，而S1R结合解除这种抑制。

缺失3' UTR的mRNA即使没有微泡也能有效翻译，而添加微泡对其翻译无额外刺激，S1R结合3' UTR的mRNA可提高其稳定性和翻译效率。

五. LC3B mRNA定位于S1R、巨泡体和脂质化酶附近

LC3B mRNA定位于内质网（ER）附近，与S1R和欧米茄体接近。通过smFISH显微镜技术发现，LC3B mRNA通常与ER标记物BAP31和S1R共定位，并且与脂质化酶Atg3和Atg7有较高的共定位。

六. LC3B mRNA的3'非翻译区（3' UTR）对LC3B蛋白的脂质化和功能是必需的

作者研究了LC3B mRNA的3' UTR对LC3B蛋白脂质化和功能的影响。

结果显示，FLAG-LC3B蛋白（含3' UTR）能够有效脂质化，而FLAG-LC3B D3' UTR蛋白（缺失3' UTR）则无法脂质化。这表明，3' UTR对LC3-I的脂质化生成功能性LC3-II是必需的，因为它允许S1R将LC3B mRNA招募到内质网进行翻译。

此外，LC3-II在溶酶体中的积累依赖于S1R，而3' UTR的缺失导致LC3-II在细胞器中的分布异常。

七. 一个导致ALS的自噬缺陷型S1R突变体无法招募LC3B mRNA或促进蛋白质合成

ALS致病S1R突变体S1RE102Q无法招募LC3B mRNA，导致自噬功能缺失。相较于S1RL65Q，S1RE102Q突变体在LC3和GABARAP合成恢复上并无效果，证明S1R在自噬中通过招募LC3B mRNA至内质网进行局部翻译的功能受到破坏。

总结

本文发现LC3 mRNA通过结合内质网膜上的Sigma-1受体（S1R）被招募到欧米茄体，从而促进LC3蛋白的翻译和脂化。LC3的3' UTR对其功能至关重要。这项研究揭示了一个关键的保守机制，说明S1R通过3' UTR调控LC3的局部翻译，对自噬体生成至关重要。

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