ULK1 forms distinct oligomeric states and nanoscopic structures during autophagy initiation.
ULK1 forms distinct oligomeric states and nanoscopic structures during autophagy initiation.
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ULK1在自噬开始过程中形成不同的低聚物状态和纳米镜结构。
DOI：
10.1126/sciadv.adh4094
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发表时间：
2023-09-29
期刊：
影响因子：
13.6
通讯作者：
Puchner, Elias M.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Banerjee, Chiranjib;Mehra, Dushyant;Song, Daihyun;Mancebo, Angel;Park, Ji-Man;Kim, Do-Hyung;Puchner, Elias M.
自噬诱导涉及广泛的分子和膜重组。尽管取得了实质性进展，但自噬启动的机制仍然知之甚少。在这里，我们使用单分子灵敏度的定量光激活定位显微镜来分析内源性ULK1的纳米级分布，ULK1是触发自噬的激酶。在氨基酸缺乏的情况下，ULK1在内质网形成含有多达161个分子的大簇。相互关联分析显示，参与自噬体形成的ULK1簇需要30个或更多的分子。超过阈值数的ULK1结构含有不同水平的Atg13、Atg14、Atg16、LC3B、GEC1和WIPI2。我们发现ULK1活性对于ULK1的初始聚类是必不可少的，但对于随后的聚类扩展是必要的，这涉及到与Atg14、Atg16和LC3B的相互作用，并依赖于Vps34活性。这种单分子水平的定量分析为自噬起始过程中ULK1的行为提供了前所未有的见解。ULK1通过高寡聚态的纳米级簇形成驱动自噬起始。
Autophagy induction involves extensive molecular and membrane reorganization. Despite substantial progress, the mechanism underlying autophagy initiation remains poorly understood. Here, we used quantitative photoactivated localization microscopy with single-molecule sensitivity to analyze the nanoscopic distribution of endogenous ULK1, the kinase that triggers autophagy. Under amino acid starvation, ULK1 formed large clusters containing up to 161 molecules at the endoplasmic reticulum. Cross-correlation analysis revealed that ULK1 clusters engaging in autophagosome formation require 30 or more molecules. The ULK1 structures with more than the threshold number contained varying levels of Atg13, Atg14, Atg16, LC3B, GEC1, and WIPI2. We found that ULK1 activity is dispensable for the initial clustering of ULK1, but necessary for the subsequent expansion of the clusters, which involves interaction with Atg14, Atg16, and LC3B and relies on Vps34 activity. This quantitative analysis at the single-molecule level has provided unprecedented insights into the behavior of ULK1 during autophagy initiation. ULK1 drives autophagy initiation through nanoscopic cluster formation with high oligomeric states.
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