PNAS | 四川大学贾大/苏昭铭揭示高等生物中RAB7A激活的新机制

理解后生动物从其单细胞祖先进化而来是生物学中的一个基本问题。与真菌利用Mon1-Ccz1二聚体复合物激活小GTP酶RAB7A不同，后生动物依赖于Mon1-Ccz1-RMC1三聚体复合物。

2023年5月22日，四川大学贾大及苏昭铭共同通讯（雍鑫、贾国文和刘哲为该篇论文的共同第一作者）在PNAS 上在线发表题为“Cryo-EM structure of the Mon1–Ccz1–RMC1 complex reveals molecular basis of metazoan RAB7A activation”的研究论文，该研究报道了果蝇Mon1-Ccz1-RMC1复合物的近原子分辨率冷冻电子显微镜结构。

RMC1作为一个脚手架亚基，在RAB7A结合位点的对面与Mon1和Ccz1结合，其中许多RMC1接触的残基来自后生动物特有的Mon1和Ccz1，解释了结合特异性。值得注意的是，RMC1与Mon1-Ccz1的组装对于斑马鱼细胞RAB7A的激活、自噬功能和机体发育是必需的。总之，该研究为不同物种的亚基保守程度不同提供了分子解释，并为后生动物特有的蛋白质如何接管单细胞生物的现有功能提供了一个很好的例子。

Rab GTP酶( Rabs )及其辅助蛋白在自噬、吞噬作用、胞饮作用、溶酶体生物发生和纤毛发生等多种细胞过程中发挥着不可或缺的作用，对于确定各种细胞器的身份至关重要，它们作为关键的组织者将特定的辅助蛋白招募到不同的细胞器，并调节囊泡运输的许多步骤。因此，Rab及其辅助蛋白的突变或失调会导致各种人类疾病，包括神经和神经退行性疾病、癌症和脂质储存障碍。

Rab蛋白的空间和时间激活受到鸟嘌呤核苷酸交换因子( GEFs )和GTP酶激活蛋白( GAPs )的严格调控，GEFs促进Rab蛋白从无活性的GDP结合形式转变为有活性的GTP结合形式。虽然许多RabGTPase激活蛋白(RabGAPs)含有经典的Tre-2 /Bub2/Cdc16结构域，但RabGEFs在结构和催化机理方面更加多样化。

Mon1-Ccz1复合体是RAB7唯一已知的GEF，属于TLD RabGEF家族，每个蛋白含有3个Longin Domains ( LDs )。该复合物通过激活RAB7A (或真菌中的Ypt7)，是内体成熟过程中RAB5 - RAB7A转换的关键调节因子，也可能是线粒体自噬。Mon1在果蝇中的纯合缺失导致胚胎致死，强调了RAB7A活性的严格调控对生物体发育不可或缺。Mon1和Ccz1在进化上是保守的。相比之下，后生动物多了一个非TLD蛋白RMC1 (在果蝇中也被称为C18orf8或Bulli)。RMC1仅存在于后生动物中，包括脊椎动物和无脊椎动物，但在单细胞真核生物中缺失。RMC1与Mon1和Ccz1形成整合三聚体，对RAB7A激活、自噬和溶酶体胆固醇输出至关重要。与Mon1的缺失一样，果蝇中RMC1的缺失会损害RAB7A的定位和内体成熟。然而，与Mon1相比，RMC1的缺失导致了更温和的表型。

后生动物Mon1-Ccz1-RMC1复合体的冷冻电镜结构（图源自PNAS ）

真菌Mon1-LD1 /Ccz1-LD1 /Ypt7 ( RAB7A的真菌直系同源物)复合物的早期晶体结构表明，Mon1和Ccz1的LD1结构域构成催化核心，以维持该复合物的GEF活性。最近，真菌Mon1-Ccz1复合体的冷冻电镜结构和相关的生物化学研究进一步表明，Mon1-Ccz1二聚体和Mon1-Ccz1-RMC1三聚体可以通过磷脂Ptd Ins P和RAB5-GTP与Mon1的协同作用被招募到膜上。尽管如此，完整的Mon1-Ccz1-RMC1复合体的结构以及后生动物特有的亚基RMC1的功能仍不清楚。

该研究报道了果蝇Mon1-Ccz1-RMC1复合物的高分辨冷冻电镜结构。RMC1形成一个支架，与RAB7A结合位点对面的Ccz1的LD2和LD3以及Mon1的LD3相连接。阻断RMC1与Mon1和Ccz1的组装会降低Mon1 - Ccz1的稳定性、抑制RAB7A的激活和内涵体的成熟。此外，研究人员以斑马鱼为模型证明了Mon1-Ccz1-RMC1组装对于自噬和生物体发育至关重要。总之，该工作为Mon1-Ccz1-RMC1复合物的组装提供了新的分子见解，并揭示了在单细胞生物和后生动物中调节RAB7A激活的异同。

参考信息：

https://doi.org/10.1073/pnas.2301725120

转自：“iNature”微信公众号

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