拟南芥MACP2通过调节饥饿诱导的活性氧平衡来促进自噬的发生

《Advanced Biotechnology》：Arabidopsis MACP2 contributes to autophagy induction by modulating starvation-induced reactive oxygen species homeostasis

MACP2通过调控细胞外H2O2的 influx调节自噬诱导（中文摘要）

　　在植物中，自噬是一种重要的细胞回收机制，对于生长发育和应激反应至关重要。自噬通过将细胞内的成分靶向降解，使它们在液泡中被大规模清除。我们的先前研究提出，自噬在拟南芥（*Arabidopsis thaliana*）中通过调控NADPH氧化酶介导的活性氧（ROS）稳态，参与应激反应；然而，目前尚不清楚细胞外的ROS与自噬之间的分子联系。为了探索这一分子机制，我们进行了酵母双杂交筛选，使用中心自噬成分ATG8e作为诱饵，识别出与自噬相关的组件。我们发现，MACP2（膜攻击复合物/穿孔素样蛋白2）与ATG8e通过其ATG8结合基序（AIM）相互作用，并通过共免疫沉淀和双分子荧光互补实验确认了这种相互作用。表达MACP2的转基因植株表现出对营养匮乏的更高敏感性，加速叶片衰老，并且氢过氧化物（H?O?）水平升高，这与自噬缺陷的*atg*突变体表型相似。相反，*macp2*突变体在营养匮乏诱导的H?O?积累方面表现出降低，同时自噬体形成受到抑制，并且完全抑制了*atg5-1*突变体的营养匮乏敏感表型。特别地，MACP2在长期营养匮乏期间通过自噬机制被降解，这表明自噬可能在维持MACP2稳态方面起着反馈调控的作用。我们的研究结果表明，MACP2在拟南芥中通过调控细胞外H?O?的流入，作为自噬诱导的关键调节因子。

自噬在植物中被认为是一种进化上保守的机制，能够调节对环境胁迫和发育信号的反应。其标志是形成一种称为自噬体的双膜囊泡，通过液泡中的酸性水解酶促进被包裹的货物降解。自噬相关蛋白（ATGs）在自噬体形成的不同阶段发挥着不可或缺的作用，这些蛋白通过四个蛋白复合物的组装实现其功能：ATG1–ATG13蛋白激酶复合物、ATG6–磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）复合物、ATG9膜递送复合物，以及ATG5–ATG12和ATG8–磷脂酰乙醇胺（PE）复合物。在选择性自噬过程中，受体蛋白通过特定的ATG8结合基序（AIM）或LIR结合基序与ATG8相互作用，而这些基序具有保守的氨基酸序列W/F/Y-X-X-L/I/V。ATG8还与多个ATGs相互作用，如ATG1、ATG4s、ATG6和ATG7，这些相互作用可能与货物招募或自噬体的自我维持有关。

活性氧（ROS）在植物与环境的相互作用中起着关键的信号分子作用。ROS作为细胞代谢通路的副产物，其反应性具有双刃剑效应：低浓度的ROS可以作为关键的第二信使，维持植物的生长和发育，而高浓度的ROS则可能对细胞大分子造成不可逆的氧化损伤。此外，ROS在不同亚细胞区室（包括细胞壁和细胞器）的产生会启动特定的氧化信号通路。随着对自噬如何调控细胞内ROS稳态的深入了解，越来越多的证据表明，自噬能够通过清除ROS生成细胞器（如线粒体和过氧化物酶体）来调控细胞内的ROS水平，从而限制其过度积累。

在本研究中，我们通过酵母双杂交筛选发现了MACP2作为ATG8e的相互作用蛋白，并进一步验证了其在植物细胞中与ATG8e的相互作用。我们的研究结果表明，MACP2在营养匮乏期间促进自噬体的形成，并且在长期营养匮乏时被自噬机制降解，这揭示了MACP2在维持细胞内ROS稳态中的潜在作用。此外，我们发现，MACP2的表达与SA信号通路密切相关，SA和ROS在植物衰老和营养匮乏反应中扮演着重要的角色。在SA信号通路中，MACP2可能通过调控H?O?的流入来诱导自噬。这些发现不仅加深了我们对自噬与ROS调控机制的理解，也为植物应激反应中的分子机制提供了新的视角。

通过本研究，我们发现MACP2在植物中不仅参与细胞壁的膜攻击复合物（MAC）通路，还在自噬诱导中起到关键作用。在营养匮乏条件下，MACP2通过与ATG8e的相互作用，促进自噬体的形成。同时，MACP2的表达在植物应对各种生物和非生物胁迫时显著上调，这表明其在植物应激反应中具有广泛的调控作用。此外，我们还发现，在长期营养匮乏时，MACP2被自噬机制降解，这可能是一种反馈调控机制，以维持MACP2的稳态。

通过本研究，我们不仅揭示了MACP2在自噬诱导中的关键作用，还发现了其与SA信号通路的密切关联。这些结果表明，自噬和ROS之间存在复杂的调控网络，而MACP2可能是这一网络中的关键节点。此外，我们还探讨了MACP2在植物细胞中的亚细胞定位，发现其在正常生长条件下主要定位于细胞膜，而在营养匮乏时会转移到自噬体中，这可能与其在细胞内ROS调控中的作用有关。我们的研究结果不仅加深了对自噬和ROS调控机制的理解，还为植物应激反应中的分子机制提供了新的视角。