细胞“自噬”的新秘钥：看“棕榈酰化”如何解锁自噬体形成的奥秘

研究背景

自噬是细胞内一种通过双层膜结构的自噬体包裹并降解细胞质成分（如错误折叠蛋白、损伤细胞器和入侵微生物）的降解途径，对维持细胞稳态、细胞发育、免疫反应和细胞死亡至关重要，其失调与癌症、糖尿病和神经退行性疾病相关。自噬体的形成由ATG蛋白调控，其中ATG16L1是关键蛋白，它与ATG12-ATG5结合形成复合物，催化LC3脂化，促进自噬体形成，并参与细胞内细菌隔离、线粒体自噬及炎症调节。S-棕榈酰化是一种可逆的翻译后修饰，通过在半胱氨酸残基上添加棕榈酰基团，影响蛋白质相互作用和膜结合，调节细胞信号传导和蛋白功能。

本篇文献“ZDHHC 7介导的ATG 16 L1的S-棕榈酰化促进LC 3脂化和自噬体形成”，主要为了探索ATG16L1的S-棕榈酰化位点及其对LC3脂化和自噬体形成的影响，以期阐明自噬调控机制。

研究内容

1. ATG16L1发生S-棕榈酰化

首先，通过酰基生物素交换（ABE）实验检测ATG16L1的S-棕榈酰化状态，发现HEK293T细胞中的内源性ATG16L1以及MCF7细胞中过表达的ATG16L1均显示出明显的生物素信号，表明ATG16L1是一个S-棕榈酰化蛋白。此外，使用棕榈酰化抑制剂2-溴棕榈酸（2-BP）处理细胞可显著降低ATG16L1的修饰水平，进一步证实了其S-棕榈酰化状态。实验还发现，自噬诱导（EBSS和Torin 1）可显著增加ATG16L1的S-棕榈酰化水平，而自噬抑制（VPS34-IN1）则降低其S-棕榈酰化水平，表明ATG16L1的S-棕榈酰化响应自噬信号。

2. ATG16L1的S-棕榈酰化位点

为了确定ATG16L1的S-棕榈酰化位点，研究者构建了多个截短突变体和位点突变体。通过ABE实验，发现ATG16L1的Cys153是主要的S-棕榈酰化位点。突变该位点（C153S）后，ATG16L1的S-棕榈酰化水平显著降低，表明Cys153是关键的修饰位点。

3. ATG16L1的S-棕榈酰化对LC3脂化的影响

作者利用ATG16L1基因敲除（KO）HeLa细胞系，发现ATG16L1的缺失导致LC3-II的缺失，而重新表达野生型ATG16L1可恢复LC3-II的生成。然而，表达S-棕榈酰化缺陷的ATG16L1-C153S突变体则无法恢复LC3-II的生成。在自噬诱导（EBSS或Baf-A1）条件下，野生型ATG16L1可显著促进LC3-II的生成，而ATG16L1-C153S突变体则无法响应自噬诱导，表明ATG16L1的S-棕榈酰化对LC3脂化过程至关重要。

4. ATG16L1的S-棕榈酰化对自噬体形成的影响

通过在ATG16L1-KO HeLa细胞中稳定表达EGFP-LC3，并重新表达野生型ATG16L1或ATG16L1-C153S突变体，研究者发现野生型ATG16L1可显著增加EGFP-LC3点状结构（自噬体标记）的数量，而ATG16L1-C153S突变体则无法恢复自噬体的形成。进一步通过GFP-RFP-LC3双荧光实验和透射电子显微镜（TEM）观察发现，野生型ATG16L1可促进自噬体和自噬溶酶体的形成，而ATG16L1-C153S突变体则无法促进这些结构的形成。此外，实验还表明ATG16L1的S-棕榈酰化缺陷不影响吞噬体的形成，但会抑制自噬体的成熟。

5. ZDHHC7介导ATG16L1的S-棕榈酰化

接着，通过共免疫沉淀（Co-IP）实验发现，ZDHHC7与ATG16L1相互作用，并且这种相互作用在自噬诱导条件下增强。进一步实验表明，ZDHHC7过表达可显著增加ATG16L1的S-棕榈酰化水平，而ZDHHC7的催化活性位点突变体（ZDHHC7-C160S）则无法促进ATG16L1的S-棕榈酰化。在ZDHHC7基因敲除（KO）细胞中，ATG16L1的S-棕榈酰化水平显著降低，而重新表达ZDHHC7可恢复ATG16L1的S-棕榈酰化，表明ZDHHC7是ATG16L1 S-棕榈酰化的关键酶。

6. ZDHHC7介导的ATG16L1 S-棕榈酰化对自噬的影响

在ZDHHC7-KO细胞中，LC3-II的生成和自噬体的形成受到抑制，而重新表达ZDHHC7可恢复这些过程，而ZDHHC7-C160S突变体则无法恢复。此外，ZDHHC7过表达可促进LC3-II的生成和自噬体的形成，而ZDHHC7-KO则抑制这些过程。这些结果表明ZDHHC7介导的ATG16L1 S-棕榈酰化在LC3脂化和自噬体形成中发挥重要作用。

7. ATG16L1的S-棕榈酰化对其相互作用的影响

研究者发现，ATG16L1的S-棕榈酰化对其与WIPI2B和RAB33B（WIPI2B通过招募ATG16L1复合物促进LC3脂化，而RAB33B则通过运输ATG16L1复合物确保其在吞噬体上的定位）的相互作用具有显著影响。野生型ATG16L1与WIPI2B和RAB33B的相互作用强于S-棕榈酰化缺陷的ATG16L1-C153S突变体。此外，ZDHHC7过表达可增强ATG16L1与WIPI2B和RAB33B的相互作用，而2-BP处理则削弱这种相互作用。这些结果表明，ATG16L1的S-棕榈酰化通过增强其与WIPI2B和RAB33B的相互作用，促进ATG16L1复合物在吞噬体上的募集，从而促进LC3脂化和自噬体的形成。

研究结论

本研究揭示了ZDHHC7介导的ATG16L1 S-棕榈酰化通过增强其与WIPI2B和RAB33B的相互作用，促进LC3脂化和自噬体的形成，从而为自噬的调控提供了新的分子机制。

Wei F, Wang Y, Yao J, Mei L, Huang X, Kong H, Chen J, Chen X, Liu L, Wang Z, Wang J, Song J, Kong E, Yang A. ZDHHC7-mediated S-palmitoylation of ATG16L1 facilitates LC3 lipidation and autophagosome formation. Autophagy. 2024 Dec;20(12):2719-2737. doi: 10.1080/15548627.2024.2386915. Epub 2024 Aug 11. PMID: 39087410; PMCID: PMC11587844.