NudCL2在细胞自噬介导的纤毛形成过程中的作用及机制

Cilia are evolutionarily conserved microtubule-based organelles that project from the cell surface which play important roles in embryonic development and adult tissue homeostasis. Defects in cilia assembly and function are associated with a range of human diseases. Autophagy is a catabolic process by which the damaged components of the cell are degraded by autolysosomes, and it also contributes to embryonic development and adult tissue homeostasis. Although, the interplay between autophagy and ciliogenesis has been suggested, the role of autophagy in ciliogenesis is largely unknown. We focus on the biological functions of nuclear distribution gene C (NudC) family for many years. Recently, we found that knockdown of NudCL2 results in the decrease of the length and the number of primary cilia in MEF cells. Moreover, we found that deletion of NudCL2 in zebrafish embryos not only decreases the length of the KV cilia, but also causes the defects in left-right asymmetry. Further data showed that down-regulation of NudCL2 reduces autophagic activity. Moreover, we found that NudCL2 interacts with LC3, a key autophagy regulator. Depletion of NudCL2 causes the decrease in LC3 protein level. Thus, we propose that NudCL2 may involve in ciliogenesis by regulating autophagy, and play important role in embryonic development. In this proposal, we will systematically characterize the role of NudCL2 in ciliogenesis via autophagy, and elucidate its possible molecular mechanism, which may provide novel potential therapeutic targets for the human diseases related to the dysfunction of cilia.

细胞纤毛是以微管为基础、突出于细胞表面的特化细胞器，在胚胎发育及成体组织稳态中具重要作用，其异常与多种人类疾病相关。自噬是细胞内溶酶体介导的降解过程，也在上述过程中扮演重要角色。最新研究表明，自噬可参与纤毛形成过程，但具体机制未明。我们长期致力于细胞核分布基因C（NudC）家族研究。最近发现，下调NudC家族成员NudCL2（NudC-like protein 2）可致细胞纤毛变短及数量减少。在斑马鱼中，敲低NudCL2不仅导致胚胎Kuppfer’s Vesicle内纤毛变短，也造成内脏器官转位等纤毛异常表型。进一步研究显示，NudCL2不仅参与细胞自噬的调控，而且还与自噬重要调节蛋白LC3互作，调节其蛋白稳定性。由此，我们认为“NudCL2可能通过自噬调节细胞纤毛生长，进而影响动物胚胎发育过程”。本项目拟探讨NudCL2在自噬及其介导的纤毛生长中的调节作用及机制，为纤毛异常疾病诊治提供。

细胞纤毛是以微管为基础、突出于细胞表面的特化细胞器，在胚胎发育及成体组织稳态中具重要作用，其异常与多种人类疾病相关。自噬是细胞内溶酶体介导的降解过程，也在上述过程中扮演重要角色。最新研究表明，自噬可参与纤毛形成过程，但具体机制未明。根据申请书中所述的研究计划，我们开展了大量的研究工作，取得了一系列可靠的实验数据和实验结果。我们的研究发现，在饥饿诱导的MEF（mouse embryonic fibroblast）细胞中，自噬能促进CP110从母中心粒上移除和促进纤毛生长。进一步的数据显示，在母中心粒上定位的蛋白NudCL2含有与自噬泡蛋白LC3相互作用的基序（LC3 interaction region，LIR），并可作为选择性自噬受体介导CP110和LC3的互作。敲除NudCL2蛋白会抑制母中心粒上CP110的移除及纤毛的生长，这一表型能被外源表达野生型NudCL2而非NudCL2 LIR序列突变体所逆转。同时，在NudCL2敲除的细胞中敲低CP110，能挽救纤毛生长受抑制的表型。另外，敲低NudCL2还会引起斑马鱼胚胎出现体轴弯曲和内脏不对称异常的表型，这些纤毛相关的缺陷表型可被外源表达的NudCL2 mRNA或CP110敲低所逆转，但不能被外源表达NudCL2 LIR序列突变体所挽救。这些实验结果提示，母中心粒上的NudCL2可能是一个自噬受体，其可介导母中心粒上CP110的选择性自噬降解，并参与纤毛生长及其相关的动物胚胎发育过程，该研究结果将为纤毛异常相关疾病的诊治提供依据。