鐵是生命體內不可或缺的微量金屬元素，但細胞內鐵過量易引發芬頓反應，產生有害的活性氧物種，進而對細胞造成不必要的損傷。因此，維持細胞內鐵穩態對于細胞正常運行具有重要意義。在哺乳動物細胞內，多余的鐵主要存儲在鐵蛋白中。自噬受體蛋白NCOA4介導的鐵自噬可通過降解細胞內的鐵蛋白，釋放其中儲存的鐵，進而提升細胞內的鐵水平。同時，為了防止鐵自噬過載導致的細胞損傷，細胞內NCOA4的蛋白水平受E3泛素連接酶HERC2的精準調控，但是目前相關的深層次調控機制仍不清楚。
近期，中國科學院上海有機化學研究所研究員潘李鋒團隊證實鐵自噬受體蛋白NCOA4可通過結合[2Fe-2S]簇來感受細胞內的鐵水平，并通過解析相關的復合物結構揭示了NCOA4結合[2Fe-2S]簇的分子機制，以及NCOA4通過[2Fe-2S]簇依賴的雙位點作用模式來高效結合E3泛素連接酶HERC2的分子機制。
研究團隊利用離子交換色譜、紫外-可見光吸收光譜、電子順磁共振、液體核磁共振等多種實驗方法，發現自噬受體蛋白NCOA4識別E3泛素連接酶HERC2的區域，含有一個可結合[2Fe-2S]簇的HBD結構域，該結構域存在結合[2Fe-2S]簇或不結合[2Fe-2S]簇的兩種不同狀態。該團隊進一步利用凝膠共遷移、等溫量熱滴定和分析型超速離心技術等多種實驗方法，詳細研究了自噬受體蛋白NCOA4的HBD結構域與HERC2之間的相互作用，發現含有[2Fe-2S]簇的NCOA4采用雙位點的作用模式，分別結合HERC2的CPH和INBD結構域，而不含有[2Fe-2S]簇的NCOA4僅通過單位點，微弱地結合HERC2的CPH結構域。上述實驗結果表明，NCOA4與HERC2之間的相互作用受[2Fe-2S]簇結合的調控。
研究團隊利用X射線單晶衍射技術，解析了HERC2的CPH-INBD區域的單獨結構，以及含有[2Fe-2S]簇的NCOA4的HBD結構域與HERC2的CPH-INBD區域的高分辨復合物結構。研究發現NCOA4 HBD的N端區域結合了一分子[2Fe-2S]簇，并介導與HERC2的INBD結構域之間的相互作用，而NCOA4 HBD的C端區域則結合HERC2的CPH結構域。同時，科研人員將解析的復合物結構與HERC2的CPH-INBD單獨結構進行疊加比較時發現，HERC2的CPH結構域未發生明顯變化，而INBD結構域有非常大的構象翻轉，表明NCOA4的結合可能會誘導HERC2發生構象變化，進而促進后續HERC2介導的NCOA4的K48型泛素化修飾的發生。
基于相關的復合物結構分析、點突變生化和細胞生物學實驗，研究團隊進一步證實了含有[2Fe-2S]簇的NCOA4采用雙位點來結合HERC2的獨特作用模式，并證實了細胞內HERC2對NCOA4的降解作用，依賴于其CPH和INBD結構域的協同作用。
基于上述發現及此前關于NCOA4介導鐵自噬過程的相關報道，該團隊提出了一個NCOA4介導鐵自噬以及受E3泛素連接酶HERC2調控的作用模型：當細胞內鐵含量較低時，鐵硫簇的合成也相應減少，此時不含[2Fe-2S]簇的NCOA4不能有效地被HERC2所識別，因此細胞內存在較多的NCOA4，可誘導鐵自噬來提升細胞內的鐵水平；而當細胞內鐵含量較高時，鐵硫簇的合成速度加快，促進了NCOA4與[2Fe-2S]簇的結合，此時含有[2Fe-2S]簇的NCOA4能被HERC2高效的識別，并通過泛素-蛋白酶體途徑進行降解，從而抑制了NCOA4介導的鐵自噬過程發生來防止細胞內鐵過載引起的毒副作用。
該研究工作拓展了領域內對于HERC2調控自噬受體蛋白NCOA4介導的鐵自噬過程來維持細胞內鐵穩態的分子機制的認識，并為靶向鐵自噬的藥物研發提供了潛在作用靶標。
相關研究成果發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中國科學院青年交叉團隊項目等的支持。
論文鏈接
鐵自噬受體蛋白NCOA4結合HERC2的分子機制
自噬受體蛋白NCOA4介導鐵自噬過程及其受HERC2調控的模型示意圖
本文鏈接：鐵自噬受體蛋白NCOA4的調控機制研究取得進展http://www.sq15.cn/show-12-1590-0.html
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