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线粒体(Mitochondria)是真核生物细胞中广泛存在的一种重要细胞器,在能量代谢、细胞质遗传、信号转导以及细胞凋亡等活动中均具有重要作用。机体代谢过程中活性氧的异常积累会引起线粒体损伤,通常会导致膜通透性增加,促进细胞发生凋亡。因此,细胞为维持正常生理过程进化产生一种自噬选择性清除损伤线粒体的机制,称为线粒体自噬(Mitophagy)。MUL1是定位于线粒体外膜的RING finger家族E3泛素连接酶,全长352个氨基酸,其C端的RNF结构域同时具有SUMO和泛素连接酶活性,朝向胞浆,可与线粒体外膜上或胞质中的蛋白发生相互作用。研究表明,MUL1可以通过促进被募集到线粒体上的Drp1发生SUMO化,增强Drp1在线粒体表面的稳定性,在线粒体形态动态调节过程中发挥重要作用。亦有研究发现MUL1可以促进肌细胞中Mfn2发生多聚泛素化并通过泛素-蛋白酶体途径降解,同时诱导线粒体自噬,但其具体分子机制不清。因此,MUL1是否是介导线粒体自噬及其分子调控机制,以及MUL1作为E3泛素连接酶是否参与自噬过程相关的蛋白稳定性调节仍缺乏深入研究。本论文发现了MUL1介导由亚硒酸钠诱导的线粒体自噬及此过程中的自噬相关蛋白ULK1蛋白稳定性。研究发现,低浓度亚硒酸钠(Selenite)处理细胞可以显著促进线粒体自噬,并从转录水平上促进MUL1表达。通过对自噬相关的线粒体E3泛素连接酶进行筛选发现,敲减内源MUL1表达可以明显抑制由亚硒酸钠引起的线粒体自噬,而过表达外源MUL1则可以促进线粒体片段化及线粒体自噬。进一步实验表明,活性氧清除剂(如NAC, GSHEE)可以有效抑制由亚硒酸钠引起的线粒体内超氧化物的产生及线粒体自噬发生。通过氨基酸序列对比发现,MUL1蛋白含有两个高度保守的半胱氨酸残基Cys62和Cys87。分别把两个半胱氨酸突变为丝氨酸并转入MUL1敲减的细胞中,只有野生型可以恢复亚硒酸钠诱导的线粒体自噬,而突变体则不能恢复线粒体自噬。因此,MUL1的Cys62和Cys87参与调控ROS诱发的线粒体自噬。同时,我们通过免疫荧光和分离线粒体实验发现,亚硒酸钠可以促进自噬关键蛋白ULK1从胞浆转移至线粒体上。进一步通过免疫共沉淀和体外GST pull-down实验证明,MUL1和ULKl存在相互作用,并在亚硒酸钠处理之后有所增强。进一步生化实验证明,MUL1可以通过与ULK1/ATG13复合体的相互作用促进ULKl形成K48多聚泛素链,进而通过泛素-蛋白酶体途径使ULK1发生降解。综合上述结果,本论文研究发现了MUL1参与介导由亚硒酸钠介导的线粒体自噬。一方面亚硒酸钠可以促进MUL1转录表达,另一方面MUL1的Cys62和Cys87可以介导线粒体内部ROS积累引起的线粒体自噬。并且在线粒体自噬过程中,MUL1通过泛素化反馈调节ULK1蛋白的稳定性。本论文在线粒体E3泛素连接酶与自噬相关蛋白质量控制之间建立了新的联系,为进一步研究由线粒体E3介导的线粒体自噬的分子机制开辟了新视野。