PKC介导NIX LIR结构域磷酸化在脊髓损伤后神经元线粒体自噬中的作用及其意义

We have firstly reported the neruronal mitophagy and mitochondria protein NIX expression after spinal cord injury (SCI). Nix has a WXXL motif in its N-terminal LC3-interacting region (LIR) region and can bind to LC3 through this motif to induce mitophagy. However, this region directly interacted with LC3 very weakly, indicating that NIX can have a preference for binding partners. It has been reported that NIX can be phosphorylated under ischemia/hypoxia condition. But there are several unanswered questions about region of phosphorylation and phosphatase or kinase. We hypothesize that Protein kinase C (PKC) activates as a stress sensor under ischemia/hypoxia condition after SCI; Phosphorylation of serine residues 34 and/or 35 flanking the NIX LIR by PKC promotes binding to LC3, which induce mitophagy after SCI. In this study, we will investigate the PKC activation after SCI, interaction promotion of LC3 after phosphorylation of NIX LIR by PKC, phosphorylation of serine residues 34 and/or 35 flanking the NIX WXXL motif, and the protective neuronal effects of inhibition of NIX mitophagy pathway after SCI. Hopefully, this study will demonstrate a new mitophagy signal transduction pathway, and provide a potential neuron protection way after SCI.

我们首先发现了脊髓损伤后神经元线粒体自噬（mitophagy）和线粒体蛋白NIX表达增高。NIX通过N端LC3相互作用结构域（LIR）上的亚结构域WXXL与LC3相互作用而诱导线粒体自噬，但这种直接相互作用非常微弱，提示这种作用可能有其他的增强机制。NIX在缺氧状态下表达并可发生磷酸化，但这种磷酸化的调节和位点并不清楚。因此，我们猜想（hypothesis），脊髓损伤后缺氧和氧化应激激活蛋白激酶C（PKC），PKC引起NIX WXXL丝氨酸（34和/或35位）发生磷磷酸化，增强与LC3相互作用而引起线粒体自噬。为此，本研究将观测脊髓损伤后PKC的激活，NIX LIR丝氨酸磷酸化对LC3相互作用的影响，NIX WXXL丝氨酸（34和/或35位）磷酸化，抑制NIX线粒体自噬对脊髓损伤后神经细胞死亡的作用。本研究为线粒体自噬确定新的分子机制，为脊髓损伤神经元提供潜在的保护方式。

线粒体自噬是自噬体选择性地清除受损线粒体的过程，对于维持细胞内稳态有重要作用。我们在之前的研究中首先报道了大鼠脊髓损伤(SCI)后神经元细胞线粒体自噬的发生，也发现了自噬相关蛋白BNIP3、NIX和LC3的表达升高。NIX是线粒体自噬蛋白之一，位于线粒体外膜。目前有报道NIX在其C端通过跨膜结构域（TM）与线粒体膜结合，在N端通过LIR结构域与微管相关蛋白轻链3（LC3）结合，从而诱导线粒体自噬的发生。在我们最新的研究中，我们发现NIX的同源分子BNIP3与LC3相互作用进而引起线粒体自噬的发生。目前SCI后自噬的调控机制报道不多，因此我们猜想NIX可能参与了这个过程。在这项研究中，我们探索了NIX介导大鼠SCI后神经元线粒体自噬的可能机制。我们发现大鼠SCI和脊髓神经元细胞缺氧后NIX和LC3的表达升高；NIX与LC3相互作用形成线粒体-NIX-LC3-自噬膜体复合体进而诱导神经元细胞线粒体自噬的发生；NIX磷酸化能增强线粒体自噬；用干扰RNA抑制NIX能减少神经元细胞的死亡，促进SCI后大鼠下肢运动功能的恢复。因此我们发现了NIX介导大鼠SCI后神经元线粒体自噬的分子机制，为SCI的治疗提供新的靶点。