溶酶体是细胞内的物质降解、循环和信号中心，对细胞稳态调控、发育和衰老至关重要。溶酶体功能紊乱与多种疾病的发生发展密切相关。为了满足不同的生理需求，溶酶体通过不断的融合和分裂重塑其形态与功能。相比于融合过程，目前对于溶酶体分裂过程的了解非常有限，相关调控因子及作用机制仍不清楚，执行溶酶体膜分裂的分子尚未被揭示。
2024年3月27日，中国科学院生物物理研究所王晓晨团队和冯巍团队合作，在Nature期刊发表刘题为：The HEAT repeat protein HPO-27 is a lysosome fission factor 的研究论文。该研究发现了溶酶体膜分裂因子并揭示了其作用机制。
在这项研究中，研究团队建立以线虫为模式的多细胞生物溶酶体研究体系，通过非偏好性遗传筛选鉴定得到HEAT重复蛋白HPO-27，其与人类MROH1同源,而HPO-27和MROH1的功能均未被解析。
研究团队发现hpo-27突变体在不同发育阶段及多种组织中均富集管状溶酶体；在成虫的表皮细胞管状溶酶体形成网络，最终网络结构不能维持，引起严重的溶酶体结构损伤。与此一致，MROH1 KO细胞中，管状再生溶酶体数量明显增加。溶酶体功能分析结果表明，HPO-27及MROH1功能缺陷导致溶酶体酸性异常、水解酶活性降低，降解能力减弱。hpo-27突变体线虫表现胚胎致死、幼虫发育停滞及寿命缩短等严重缺陷。上述结果表明，HPO-27在溶酶体形态、结构及功能完整性，以及线虫正常生命活动中发挥重要作用。
研究团队进一步探究了HPO-27和MROH1调控溶酶体形态和功能的作用机制。他们发现，HPO-27及MROH1均与溶酶体存在共定位并富集在溶酶体膜的特定区域。生物化学和细胞生物学结果表明，HPO-27/MROH1与定位于晚期内吞体和溶酶体的小G蛋白RAB-7互作，并作为RAB-7效应分子被招募到溶酶体。超分辨显微镜连续成像结果显示，HPO-27和MROH1被招募至溶酶体，富集在膜分裂位点，介导溶酶体管状膜的缢缩和分裂。
接下来，研究团队进一步探究了HPO-27和MROH1介导溶酶体膜分裂的具体机制。运用超分辨率成像、电镜负染、及体外重组等研究方法，他们发现HPO-27/MROH1以首-尾相连的方式自组装成高阶寡聚体，介导管状溶酶体的溢缩和分裂。HPO-27和MROH1蛋白可以在体外结合含有磷脂酸的支撑膜管，发生自组装并介导膜缢缩和分裂，表明它们均具有膜分裂活性。进一步分析表明，HPO-27/MROH1的末端HEAT Repeat结构域为其自组装所必需，其缺失完全抑制HPO-27多聚体形成及膜分裂活性。
HPO-27介导管状溶酶体分裂的工作模型
综上，该研究发现，HPO-27及其同源蛋白MROH1是溶酶体膜分裂因子，其通过自组装介导溶酶体管状膜的缢缩和分裂。值得关注的是，与经典的膜分裂因子Dynamin及其超家族成员不同，HPO-27和MROH1不具有ATPase或GTPase活性。在体外膜分裂实验中，它们以不直接消耗能量分子（ATP/GTP）的方式介导膜管分裂，表明HPO-27和MROH1是一类新的膜分裂因子。HPO-27和MROH1的发现为溶酶体膜及其他膜分裂的研究提供了新契机，为进一步揭示溶酶体稳态调控及生理功能奠定了重要基础。
中国科学院生物物理研究所王晓晨研究员和冯巍研究员为论文共同通讯作者。云南大学和中国科学院生物物理研究所联合培养博士李乐涛、中国科学院生物物理研究所刘希璐博士、博士生杨珊珊为共同第一作者。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07249-8
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