Дослідження Atg білків, залученних до формування комплексу Atg1, його взаємодії з білком Atg8 в процесі дозрівання аутофагосом

  • І. В. Булгаков Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України, Україна, 04123, м. Київ, вул. Байди-Вишневецького, 2А https://orcid.org/0000-0001-7031-234X
  • О. В. Раєвський Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України, Україна, 04123, м. Київ, вул. Байди-Вишневецького, 2А https://orcid.org/0000-0002-7596-6294
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v32.1550
Ключові слова: A. thaliana, ATG (AuTophaGy-related), пост-трансляційні модифікації (PTM), фосфорилювання, Atg1

Анотація

Мета. Спираючись на чисельні дослідження представників ATG білків із організмів H. sapiens та S. cerevisiae, ми вирішили дослідити складові компоненти рослинного комплексу Atg1 та визначити характерні відмінності від ATG білків іншого походження. Подальші етапи включали визначення впливу фосфорилювання амінокислотних залишків на нативну структуру білкової моделі in silico та можливого впливу на стабільність комплексу методом молекулярної динаміки. Методи. Методологічно можна виокремити процес розробки моделі за відомою послідовністю в програмі AlphaFold 2.0 та наступний механістичний огляд молекулярної рухливості отриманих конформаційних моделей в результаті проведення молекулярної динаміки в програмі Gromacs 4.5 та силовому полі Charmm36. Результати. У результаті створення елементів ансамблю та дослідження процесу комплексоутворення ATG-білків було виявлено геометричні особливості досліджуваних структур та виявлено сайти зв’язування на поверхні компонентів комплексу Atg1, виходячи з передбачених міжмолекулярних взаємодій або описаних даних з мутагенезу. Додатково було проведено аналіз результатів фосфорилювання на конформаційну рухливість зазначених об’єктів. Висновки. Застосовуючи методи комп’ютерного моделювання, створено комплекс Atg1 і змодельовано чотири білки, задіяні в його утворенні. Структурні та молекулярні особливості отриманих моделей визначено на основі передбачуваних міжмолекулярних взаємодій.

Посилання

Li H., Liao Y., Zheng X., Zhuang X., Gao C., Zhou J. Shedding Light on the Role of Phosphorylation in Plant Autophagy. FEBS letters. 2022. Vol. 596 (17). P. 2172–2185. doi: 10.1002/1873-3468.14352.

Zientara-Rytter K., Subramani S. Mechanistic Insights into the Role of Atg11 in Selective Autophagy. Journal of molecular biol-ogy. 2020. Vol. 432 (1). P. 104–122. doi: 10.1016/j.jmb.2019.06.017.

Meyer M. D., Winzeler J., Taylor S. M. et al. Mapping Critical Residues in ATG11’s Coiled-Coil 2 Domain that Block Multiple Interactions and Disrupt Selective Autophagy. Frontiers in cell and developmental biology. 2022. Vol. 9. 775364. doi: 10.3389/fcell.2021.775364.

Köfinger J., Ragusa M. J., Lee I. H., Hummer G., Hurley J. H. Solution structure of the Atg1 complex: implications for the architecture of the phagophore assembly site. Structure. 1993. Vol. 23 (5). P. 809–818. doi: 10.1016/j.str.2015.02.012.

Suzuki S. W., Yamamoto H., Oikawa Y., Kondo-Kakuta C., Kimura Y., Hirano H., Ohsumi Y. Atg13 HORMA domain recruits Atg9 vesicles during autophagosome formation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2015. Vol. 112 (11). P. 3350–3355. doi: 10.1073/pnas.1421092112.

Nakatogawa H., Ohbayashi S., Sakoh-Nakatogawa M., Kakuta S., Suzuki S. W., Kirisako H., Kondo-Kakuta C., Noda N. N., Yamamoto H., Ohsumi Y. The autophagy-related protein kinase Atg1 interacts with the ubiquitin-like protein Atg8 via the Atg8 family interacting motif to facilitate autophagosome formation. J Biol Chem. 2012. Vol. 287 (34). P. 28503–28507. doi: 10.1074/jbc.C112.387514.

Li F., Chung T., Vierstra R. D. AUTOPHAGY-RELATED11 plays a critical role in general autophagy- and senescence-induced mitophagy in Arabidopsis. The Plant cell. 2014. Vol. 26 (2). P. 788–807. doi: 10.1105/tpc.113.120014.

Wen X., Klionsky D. J. An overview of macroautophagy in yeast. Journal of molecular biology. 2016. Vol. 428 (9 Pt A). P. 1681–1699. doi: 10.1016/j.jmb.2016.02.021.

Li F., Vierstra R. D. Arabidopsis ATG11, a scaffold that links the ATG1-ATG13 kinase complex to general autophagy and selective mitophagy. Autophagy. 2014. Vol. 10 (8). P. 1466–1467. doi: 10.4161/auto.29320.

Noda N. N., Ohsumi Y., Inagaki F. Atg8-family interacting motif crucial for selective autophagy. FEBS Letters. 2010. Vol. 584 (7). P. 1379–1385. doi: 10.1016/j.febslet.2010.01.018.

Wang J., Xu Q., Sun J., Xu Y., Chai G., Berg T., Cernava Z., Ma Y., Chen Post-translational regulation of autophagy is involved in intra-microbiome suppression of fungal pathogens. Microbiome. 2021. Vol. 9. doi: 10.1186/s40168-021-01077-y.

Waterhouse A., Bertoni M., Bienert S., Studer G., Tauriello G., Gumienny R., Heer F. T., de Beer TAP, Rempfer C., Bordoli L., Lepore R., Schwede T. SWISS-MODEL: homology modelling of protein structures та complexes. Nucleic Acids Res. 2018. Vol. 46 (1). P. 296–303. doi: 10.1093/nar/gky427.

Wang Q., Hou S. Type One Protein Phosphatase Regulates Fixed-Carbon Starvation-Induced Autophagy by Dephosphorylating ATG13a to Facilitate ATG1a-ATG13a Formation in Arabidopsis. bioRxiv. 2022. doi: 10.1101/2022.04.10.487768.

Fujioka Y., Suzuki SW., Yamamoto H., Kondo-Kakuta C., Kimura Y., Hirano H., Akada R., Inagaki F., Ohsumi Y., Noda N. N. Structural basis of starvation-induced assembly of the autophagy initiation complex. Nat Struct Mol Biol. 2014. Vol. 21 (6). P. 513–521. doi: 10.1038/nsmb.2822.

Puente C., Hendrickson R. C., Jiang X. Nutrient-regulated Phosphorylation of ATG13 Inhibits Starvation-induced Autophagy. J Biol Chem. 2016. Vol. 291 (11). P. 6026–6035. doi: 10.1074/jbc.M115.689646.