溶酶體是細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)降解、循環(huán)和信號中心，對細(xì)胞穩(wěn)態(tài)調(diào)控、發(fā)育和衰老至關(guān)重要。溶酶體功能紊亂與多種疾病的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。為了滿足不同的生理需求，溶酶體通過不斷的融合和分裂重塑其形態(tài)與功能。當(dāng)前，相比于融合過程，溶酶體分裂過程、相關(guān)調(diào)控因子以及執(zhí)行溶酶體膜分裂的分子尚不清楚。

3月27日，中國科學(xué)院生物物理研究所王曉晨研究組與馮巍研究組在《自然》（Nature）上在線發(fā)表了題為The HEAT repeat protein HPO-27 is a lysosome fission factor的研究文章。該研究發(fā)現(xiàn)了溶酶體膜分裂因子并揭示了其作用機(jī)制。

該團(tuán)隊建立了以線蟲為模式的多細(xì)胞生物溶酶體研究體系，通過非偏好性遺傳篩選鑒定到HEAT重復(fù)蛋白HPO-27。HPO-27與人類MROH1同源。HPO-27和MROH1含有37個HEAT重復(fù)序列，但它們的功能尚未被解析。

該研究運用活體成像追蹤和冷凍電鏡等實驗手段發(fā)現(xiàn)，HPO-27在線蟲多個發(fā)育階段及多個組織中廣泛表達(dá)。hpo-27功能缺失造成線蟲表皮細(xì)胞中累積大量管狀溶酶體，形成管狀網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致溶酶體結(jié)構(gòu)損傷。溶酶體功能分析顯示，HPO-27與MROH1功能缺陷致使溶酶體酸性異常、水解酶活性降低、降解能力減弱。hpo-27突變體線蟲表現(xiàn)胚胎死亡、幼蟲發(fā)育停滯和壽命縮短等缺陷。研究表明，HPO-27在溶酶體形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能完整性，以及線蟲正常生命活動中具有重要作用。

科研人員在線蟲及哺乳動物培養(yǎng)細(xì)胞中同步開展系列實驗，探究了HPO-27和MROH1調(diào)控溶酶體形態(tài)及功能的作用機(jī)制。共定位分析顯示，HPO-27及MROH1均與溶酶體存在共定位并富集在溶酶體膜的特定區(qū)域。溶酶體動態(tài)變化分析表明，HPO-27缺失導(dǎo)致溶酶體分裂事件減少，融合事件增加；過表達(dá)HPO-27則顯著降低管狀溶酶體的數(shù)量。與此一致，MROH1?KO細(xì)胞中，管狀再生溶酶體數(shù)量增加、分裂減少。HPO-27和MROH1與小G蛋白RAB7在溶酶體上共定位，且RAB7活性喪失完全抑制HPO-27/MROH1在溶酶體的富集。體內(nèi)與體外結(jié)合實驗表明，HPO-27/MROH1與活性狀態(tài)的、而非失活狀態(tài)的RAB7存在直接相互作用，表明HPO-27/MROH1作為RAB7的效應(yīng)子被招募到溶酶體。超分辨顯微鏡連續(xù)成像結(jié)果顯示，HPO-27和MROH1被招募至溶酶體，富集在膜分裂位點，介導(dǎo)溶酶體管狀膜的縊縮和裂解。研究表明HPO-27和MROH1被RAB7募集至溶酶體，調(diào)控溶酶體膜分裂。

進(jìn)一步，該研究探討了HPO-27和MROH1介導(dǎo)溶酶體膜分裂的具體機(jī)制。研究在昆蟲細(xì)胞表達(dá)純化HPO-27和MROH1蛋白，利用體外重構(gòu)的膜分裂實驗檢測其是否具有膜分裂活性。研究顯示，HPO-27和MROH1蛋白可結(jié)合磷脂酸（PA），在體外構(gòu)建的含有PA及熒光染料的穩(wěn)定支撐膜管上發(fā)生富集，介導(dǎo)膜管的縊縮和斷裂。研究結(jié)合結(jié)構(gòu)預(yù)測、截短體構(gòu)建、超分辨顯微成像、負(fù)染電子顯微鏡機(jī)體外膜管分裂活性檢測等方法發(fā)現(xiàn)，單體HPO-27或MROH1可通過首尾相接的形式發(fā)生寡聚化，在線蟲、哺乳動物細(xì)胞以及體外重構(gòu)系統(tǒng)中介導(dǎo)溶酶體及體外重構(gòu)膜管的縊縮與分裂，而HPO-27的末端HEAT重復(fù)結(jié)構(gòu)域為其自組裝、溶酶體富集、膜分裂活性所必需。

綜上，該研究發(fā)現(xiàn)HPO-27及其同源蛋白MROH1是溶酶體膜分裂因子，其通過自組裝介導(dǎo)溶酶體管狀膜的縊縮和分裂。與經(jīng)典的膜分裂因子Dynamin及其超家族成員不同，HPO-27和MROH1不具有ATPase或GTPase活性。在體外膜分裂實驗中，它們以不直接消耗能量分子（ATP/GTP）的方式介導(dǎo)膜管分裂，表明HPO-27和MROH1是一類新的膜分裂因子。HPO-27和MROH1的發(fā)現(xiàn)，為溶酶體膜及其他膜分裂的研究提供了新途徑，為揭示溶酶體穩(wěn)態(tài)調(diào)控及生理功能奠定了基礎(chǔ)。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項等的支持。

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HPO-27介導(dǎo)管狀溶酶體分裂的工作模型