暨南大学周庆华/王文君团队在Nature Communications发文揭示ENDOG通过调节mTORC2-AKT-ACLY信号轴和内质网应激介导肝细胞脂质合成，进而促进非酒精性脂肪肝病变（NAFLD）的作用机制。文章在线发布后，国际知名自噬杂志Autophagy邀请该团队撰写短篇综述，对其近年来发现的ENDOG促进精子线粒体清除（2016，Science）、促进细胞自噬（2021，Nature Communications）和促进NAFLD（2023，Nature Communications）的工作进行了系统性总结。
线粒体核酸内切酶Endonuclease G（ENDOG）是由核基因编码，主要定位于线粒体膜间隙，少量存在于细胞质和细胞核的蛋白质。前期的研究主要集中于发现ENDOG定位于细胞核及线粒体的功能。在细胞发生凋亡的时候，ENDOG从线粒体释放并转运到细胞核，对染色质DNA进行切割，促进细胞的凋亡[1,2]。而在受精卵发育过程中，ENDOG从线粒体膜间隙进入到线粒体基质中对线粒体DNA进行切割，促进父系线粒体清除，进而确保胚胎的正常发育[3,4]。然而ENDOG在细胞质中的功能研究目前并不清楚。
课题组在先前工作发现，ENDOG能促进细胞自噬流，并且在人源细胞、小鼠、果蝇及线虫等多个物种中是保守的。深入探讨其中机制发现，在细胞处于饥饿刺激时，Caspase8-Bid被激活，促进ENDOG从线粒体释放出来。释放到细胞质的ENDOG一方面被GSK-3b磷酸化并与14-3-3g竞争性结合，从而将TSC2和Vps34释放出来；释放出来的TSC2和Vps34通过抑制mTORC1信号通路和促进细胞自噬起始一起达到促进细胞自噬的作用。另一方面，细胞质中的ENDOG可以进入细胞核，对DNA进行片段化，引起DNA损伤并促进细胞自噬，且这一过程是依赖于ENDOG的核酸内切酶活性[5,6]。在通过电镜观察ENDOG敲除肝脏中细胞自噬体时，作者发现ENDOG敲除后显著性下调肝脏中脂滴的积累，因此猜想ENDOG可能参与调控肝脏脂质代谢。
在此工作基础上，课题组进一步研究揭示定位于细胞质中的ENDOG通过激活mTORC2-AKT-ACLY轴和内质网应激反应促进NAFLD的发生。相关工作与2023年10月4日发表在Nature Communications，题为：“Cytoplasmic Endonuclease G promotesnonalcoholic fatty liver disease via mTORC2-AKT-ACLY and endoplasmic reticulum stress”
文章图片
作者在细胞水平上构建ENDOG敲除和过表达的肝细胞系，给予油酸刺激体外模拟高脂环境。通过BODIPY染色和甘油三酯检测，定性和定量分析细胞内脂质积累情况，发现ENDOG敲除后抑制细胞中脂质积累。此外，通过构建ENDOG全身及肝脏特异性敲除小鼠，经高脂食物喂养构建NAFLD模型，作者发现ENDOG敲除后显著性改善雌鼠的NAFLD表型。进一步深入机制研究发现在高脂刺激下，ENDOG会从线粒体膜间隙释放到细胞质，与14-3-3g相互作用，从而将Rictor释放出来，激活mTORC2-AKT-ACLY轴，促进脂质合成底物乙酰辅酶A（Acetyl-CoA）的合成；此外，细胞质中ENDOG还会转运进入内质网与分子伴侣BIP相互作用，从而释放PERK和IRE1a，导致内质网应激（ERstress），进而促进下游脂质合成关键基因的表达，从而促进肝脏中脂质积累，导致非酒精性脂肪肝的形成(图2)。
图2. ENDOG通过促进mTORC2-AKT-ACLY轴和ER stress诱导NAFLD的分子机制
综上所述，作者揭示了ENDOG从线粒体膜间隙释放后不仅会进入细胞核或者线粒体基质切割DNA，还会在细胞质中起重要功能。细胞质ENDOG通过与14-3-3γ相互作用释放TSC2和Rictor，分别抑制mTORC1和激活mTORC2信号通路；此外，细胞质ENDOG还会定位到内质网上与分子伴侣BIP相互作用促进内质网应激反应。本文在之前的工作基础上，再次深入研究了线粒体定位的ENDOG在刺激条件下转运到细胞质及内质网后发挥的分子功能，为ENDOG的非细胞凋亡功能提供了新的理论依据。
暨南大学附属第六医院/生物医学转化研究院王文君副研究员与暨南大学生科院生化与分子生物学专业谭君羊博士生为本文的共同第一作者，王文君副研究员和暨南大学生科院周庆华教授为本文共同通讯作者。
同时，作者于2023年10月27日在Autophagy发表题为“The biological function of cytoplasm-translocated ENDOG (endonuclease G)”综述论文，阐述在受到刺激后，ENDOG从线粒体膜间隙释放后进入线粒体基质和细胞质中行使不同生物学功能，包括介导父系线粒体清除、细胞自噬和脂质代谢(图3)。
图3.ENDOG生物学功能示意图
暨南大学附属第六医院/生物医学转化研究院王文君副研究员与暨南大学生科院李建双副研究员为本文的共同第一作者，暨南大学生科院周庆华教授为本文共同通讯作者。本研究得到了包括国家自然科学基金委、科技部重点研发、中组部国家特支计划的支持。
来源：暨南大学新闻网
人民号编辑：赖子瑶