细胞自噬是哺乳动物细胞内一种高度保守的、溶酶体依赖的分解代谢过程。细胞通过细胞自噬不仅可以回收利用各种基本的生命物质（比如氨基酸、脂肪酸、葡萄糖、铁元素等）来维持细胞内关键物质的代谢稳态，同时也可以清除入侵病原体、受损线粒体等有害物质。因此，细胞自噬在众多的生理过程中扮演着重要角色，同时细胞自噬的功能异常也与众多的人类疾病相关联，比如癌症、神经退行性疾病等。在经典的巨自噬过程中，细胞通过吞噬泡的引发和延伸来包裹细胞内待降解的自噬底物，进而生成了具有双层膜结构的自噬体。在吞噬泡的引发和延伸阶段，WIPI2b蛋白招募并激活ATG12~ATG5-ATG16L1复合物，使其发挥类E3酶的活性，实现对ATG8家族蛋白的脂质化修饰，进而促进了吞噬泡的延伸以及后续自噬体的形成过程。然而，WIPI2b蛋白招募ATG16L1复合物——这一关键自噬步骤的具体分子机制仍不清楚。 2023年3月1日，中科院上海有机化学研究所生命有机化学国家重点实验室的潘李锋课题组在Science Advances发表了题为 ATG16L1 adopts a dual–binding site mode to interact with WIPI2b in autophagy 的文章，首次发现ATG16L1在吞噬泡延伸过程中以双位点的特殊模式结合WIPI2b，并从生化、结构和功能角度系统阐明了相关的分子机制和作用机理。 在本工作中，研究人员首先利用等温滴定量热技术对ATG16L1结合WIPI2b的区域进行了详细的生化表征，并发现除了已经报道的WIPI2b结合位点（WBS1）外，ATG16L1的卷曲螺旋结构域上还存在另一个全新的WIPI2b结合位点（WBS2）。随后，研究人员解析了WIPI2b分别结合ATG16L1的WBS1和WBS2的2个高分辨率的复合物晶体结构，详细揭示了WIPI2b招募ATG16L1复合物的分子机制和参与相互作用的关键氨基酸残基。有趣的是，尽管ATG16L1的WBS1和WBS2位点会竞争结合WIPI2b的同一个口袋，但是根据结构建模的结果，ATG16L1与WIPI2b能以2:4的化学剂量比形成复合物。值得注意的是，相关的氨基酸序列保守性分析表明，ATG16L1的WBS1位点只存在于哺乳动物中，而WBS2位点在酵母和哺乳动物中都很保守。为了进一步研究清楚ATG16L1的WBS2位点的自噬功能，研究人员利用CRISPR-Cas9技术在HeLa细胞系中成功敲除了ATG16L1基因，并设计回补了ATG16L1突变体D164R（破坏WBS2）、L224Q（破坏WBS1）、DRLQ（同时破坏WBS1和WBS2）和野生型ATG16L1。随后，通过检测p62的降解程度以及LC3B的脂质化修饰程度，研究人员发现ATG16L1的WBS2位点对于经典自噬的正常进行是不可或缺的，而ATG16L1的WBS1位点则起到进一步促进自噬流的作用。总之，这项工作对WIPI2b和ATG16L1之间的相互作用进行了详尽的生化和结构表征，首次揭示了ATG16L1以双结合位点模式结合WIPI2b的分子机制，并通过相关的细胞功能研究验证了ATG16L1和WIPI2b双位点结合模式在经典自噬过程中的重要作用。 综上所述，该研究工作首次揭示了自噬关键蛋白ATG16L1采取双位点的作用模式来结合WIPI2b，并通过解析相关的复合物结构详细阐明了ATG16L1和WIPI2b之间相互作用的分子机制，完善了自噬领域内对于WIPI2b通过结合ATG16L1来招募ATG12~ATG5-ATG16L1复合物——这一关键步骤的分子机制的认识，并为后续进一步理解吞噬泡延伸的分子机理提供了坚实的基础。 据悉，该项工作主要由中科院上海有机所已毕业的龚新宇博士完成。同时，中科院上海有机所的潘李锋研究员为该论文的通讯作者。