2026年1月14日，我院作物疫霉功能基因研究與利用團(tuán)隊(duì)在《Science Advances》上發(fā)表了題為“Reversible phase dynamics of PsAF5 regulate mitophagy to balance redox levels in Phytophthora sojae”的研究論文。我院博士研究生陳金珠和已畢業(yè)博士研究生李文浩為論文的共同第一作者，劉西莉教授和苗建強(qiáng)青年教授為共同通訊作者。該研究揭示了大豆疫霉PsAF5蛋白作為氧化還原信號(hào)的感受器，能夠靈敏地感知并通過自身“液-液相分離”響應(yīng)細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)的變化，調(diào)控線粒體自噬的開/閉，進(jìn)而平衡細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)的分子機(jī)制。該項(xiàng)研究率先建立了還原條件下蛋白質(zhì)相分離與線粒體自噬之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，為深入理解氧化還原依賴性相分離在細(xì)胞應(yīng)激響應(yīng)中的核心作用提供了重要的理論依據(jù)。
氧化還原穩(wěn)態(tài)對(duì)于維持生物體正常的細(xì)胞功能至關(guān)重要。前期研究已證實(shí)，大豆疫霉中含有ANK和FYVE結(jié)構(gòu)域的蛋白PsAF5作為線粒體內(nèi)膜自噬受體PsPHB2的配體，通過介導(dǎo)PsPHB2與PsATG8的互作，進(jìn)而調(diào)控活性氧誘導(dǎo)的線粒體自噬（Li et al., 2024）。然而，PsAF5調(diào)控細(xì)胞內(nèi)氧化還原動(dòng)態(tài)平衡的分子機(jī)制仍未完全被闡明。
該研究通過蛋白互作檢測和熒光共定位觀察發(fā)現(xiàn)，活性氧處理能夠顯著增強(qiáng)PsAF5與PsATG8的互作與共定位進(jìn)而增強(qiáng)大豆疫霉線粒體自噬水平。而在還原劑DTT處理?xiàng)l件下，PsAF5介導(dǎo)的大豆疫霉線粒體自噬水平顯著減弱，并且PsAF5在胞質(zhì)中形成不具膜結(jié)構(gòu)特征的點(diǎn)狀聚集體。FRAP及液滴融合試驗(yàn)顯示，PsAF5可以發(fā)生液–液相分離（圖1）。進(jìn)一步體外試驗(yàn)證實(shí)，PsAF5的相分離過程具有良好的氧化還原可逆性，DTT處理能夠促進(jìn)其相分離，而H?O?處理顯著抑制其相分離。
質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn)，PsAF5的FYVE結(jié)構(gòu)域中含有7個(gè)半胱氨酸殘基，其中4個(gè)位點(diǎn)（C235/C251/C259/C281）的突變顯著增強(qiáng)PsAF5的相分離能力，并導(dǎo)致PsAF5與PsATG8的互作和與線粒體定位消失（圖2）。綜上，在還原條件下，PsAF5通過相分離形成細(xì)胞質(zhì)凝聚物，減弱其介導(dǎo)的線粒體自噬；在氧化條件下，PsAF5與PsATG8的互作增強(qiáng)，進(jìn)而促進(jìn)線粒體自噬的發(fā)生（圖3）。PsAF5作為一個(gè)氧化還原敏感的傳感器，通過相分離調(diào)控線粒體自噬的開/閉，進(jìn)而平衡細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)，使大豆疫霉能夠有效適應(yīng)寄主細(xì)胞內(nèi)氧化還原的波動(dòng)，以維持其正常侵染和致病。
圖1 PsAF5在還原條件下形成凝聚體
質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn)，PsAF5的FYVE結(jié)構(gòu)域中含有7個(gè)半胱氨酸殘基，其中4個(gè)位點(diǎn)（C235/C251/C259/C281）的突變顯著增強(qiáng)PsAF5的相分離能力，并導(dǎo)致PsAF5與PsATG8的互作和與線粒體定位消失（圖2）。綜上，在還原條件下，PsAF5通過相分離形成細(xì)胞質(zhì)凝聚物，減弱其介導(dǎo)的線粒體自噬；在氧化條件下，PsAF5與PsATG8的互作增強(qiáng)，進(jìn)而促進(jìn)線粒體自噬的發(fā)生（圖3）。PsAF5作為一個(gè)氧化還原敏感的傳感器，通過相分離調(diào)控線粒體自噬的開/閉，進(jìn)而平衡細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)，使大豆疫霉能夠有效適應(yīng)寄主細(xì)胞內(nèi)氧化還原的波動(dòng)，以維持其正常侵染和致病。
圖2 PsAF5的半胱氨酸突變后發(fā)生相分離從而減弱其介導(dǎo)的線粒體自噬
該研究從“感知胞內(nèi)氧化還原波動(dòng)—驅(qū)動(dòng)液–液相分離形成凝聚物—調(diào)控線粒體自噬開/閉—維持細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)”全新視角，揭示了大豆疫霉PsAF5響應(yīng)細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)的變化，介導(dǎo)線粒體自噬調(diào)控、平衡細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)的分子機(jī)制。研究結(jié)果不僅拓展了學(xué)界對(duì)FYVE蛋白功能調(diào)控機(jī)制的新認(rèn)識(shí)，更是率先建立了還原條件下蛋白質(zhì)相分離與線粒體自噬之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，為深入理解和解析氧化還原依賴性相分離在細(xì)胞應(yīng)激響應(yīng)中的核心作用提供了新思路。
圖3 PsAF5作為氧化還原傳感器減輕還原性應(yīng)激和調(diào)控線粒體自噬
我院彭欽副教授、代探副教授和博士生研究生朱宏偉均參與了該研究工作。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助（32102262）。
原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz2785.
編輯：劉小鳳
審核：趙 磊
