《自然》：生物物理所王晓晨/冯巍团队发现溶酶体膜分裂因子HPO-27

▎药明康德内容团队编辑

溶酶体是细胞内的物质降解、循环和信号中心，对细胞稳态调控、发育和衰老至关重要。溶酶体功能紊乱与多种疾病的发生发展密切相关。为了满足不同的生理需求，溶酶体通过不断的融合和分裂重塑其形态与功能。相较于融合过程，目前对于溶酶体分裂过程的了解非常有限，相关调控因子及作用机制仍不清楚，执行溶酶体膜分裂的分子尚未被揭示。

3月27日，中国科学院生物物理研究所王晓晨课题组与冯巍课题组合作在《自然》（Nature）杂志在线发表论文，发现了溶酶体膜分裂因子并揭示了其作用机制。

研究人员建立了以线虫为模式的多细胞生物溶酶体研究体系，通过非偏好性遗传筛选鉴定得到HEAT 重复蛋白HPO-27，确认其与人类MROH1同源。研究发现，HPO-27及MROH1含有37个HEAT重复序列，它们的功能目前尚未被解析。

通过活体成像追踪和冷冻电镜等实验手段，研究人员发现HPO-27在线虫的各个发育阶段和多种组织中均有广泛的表达。hpo-27功能缺陷导致线虫表皮细胞中管状溶酶体的积累，形成管状网络，并最终引起溶酶体结构的损伤。

溶酶体功能分析结果表明，HPO-27和MROH1功能缺陷会导致溶酶体酸性异常、水解酶活性降低以及降解能力减弱。hpo-27突变体线虫表现出胚胎死亡、幼虫发育停滞和寿命缩短等严重缺陷。这些结果表明，HPO-27对于维持线虫的溶酶体形态、结构和功能完整性，以及正常的生命活动至关重要。

研究者在线虫及哺乳动物培养细胞中同步开展系列实验，探究了HPO-27和MROH1调控溶酶体形态及功能的作用机制。

（1）共定位分析显示，HPO-27及MROH1均与溶酶体存在共定位并富集在溶酶体膜的特定区域。溶酶体动态变化分析表明，HPO-27缺失导致溶酶体分裂事件减少，融合事件增加；过表达HPO-27则显著降低管状溶酶体的数量。与此一致，MROH1 KO细胞中，管状再生溶酶体数量增加，分裂减少。

（2）HPO-27和MROH1与小G蛋白RAB7在溶酶体上共定位，且RAB7活性丧失完全抑制HPO-27/MROH1在溶酶体的富集。体内与体外结合实验表明，HPO-27/MROH1与活性状态的，而非失活状态的RAB7存在直接相互作用，表明HPO-27/MROH1作为RAB-7的效应子被招募到溶酶体。

（3）超分辨显微镜连续成像结果显示，HPO-27和MROH1被招募至溶酶体，富集在膜分裂位点，介导溶酶体管状膜的缢缩和裂解。上述结果表明，HPO-27和MROH1被RAB7募集RAB7至溶酶体，调控溶酶体膜分裂。

随后，研究人员进一步深入探究了HPO-27和MROH1在介导溶酶体膜分裂方面的具体机制。他们分别表达和纯化了HPO-27和MROH1蛋白，并利用体外重构的膜分裂实验（SMrT assay）来检测其膜分裂活性。研究者观察到，HPO-27和MROH1蛋白主要与磷脂酸（phosphatic acid，PA）结合，并能在含有PA和荧光染料的稳定支撑膜管(SMrTs)上发生富集，从而介导膜管的缢缩和断裂。

结合结构预测、截短体构建、超分辨显微成像、负染电子显微镜和体外重构膜管分裂活性检测等方法，研究者发现HPO-27或MROH1的单体能够通过首尾相接的方式发生寡聚化，在线虫、哺乳动物细胞、以及体外重构系统重中介导溶酶体及体外重构膜管的缢缩与分裂，而HPO-27的末端HEAT重复结构域对其自组装、溶酶体富集和膜分裂活性至关重要。

综上，该研究发现HPO-27及其同源蛋白MROH1是溶酶体膜分裂因子，其通过自组装介导溶酶体管状膜的缢缩和分裂。值得注意的是，与经典的膜分裂因子Dynamin及其超家族成员不同，HPO-27和MROH1不具有ATPase或GTPase活性。在体外膜分裂实验中，它们以不直接消耗能量分子（ATP/GTP）的方式介导膜管分裂，表明HPO-27和MROH1是一类新的膜分裂因子。HPO-27和MROH1的发现为溶酶体膜及其他膜分裂研究提供了新思路，为进一步揭示溶酶体稳态调控及生理意义奠定了重要基础。