Аутофагия является катаболическим процессом для массового кругооборота цитоплазматических компонентов, которые выполняют важные роли в широком круге физиологических процессов и патологических состояний, таких как старение, рак, нейродегенерация и метаболические синдромы [1], [2]. Аутофагия обычно активируется с помощью стрессов, таких как голодание, во время которого многие каскады сигнальных путей сходятся на группе регуляторов аутофагии, наз. белками autophagy-related gene (ATG) [3], [4]. Эти ATG белки действуют иерархическим способом на пре-аутофагосомные структуры и места сборки фагосом (PAS), расположенные в специальном регионе эндоплазматического ретикулума, чтобы собирать мембраны из многих мест в бокало-подобные мембранные предшественники, наз. фагофорами. Фагофоры включают в себя часть цитоплазмы и закрепляют её на своих краях, чтобы формировать пузырьки, окруженные двойной мембраной, наз. аутофагосомы. Аутофагосомы сливаются с эндолизосомами и становятся аутолизосомами, которые заключают цитоплазматическое содержимое и деградируются с помощью гидролаз в лизосомах [5-9]. После деградации лизосомы регенерируются с помощью отщипывания (pinching) мембран от аутолизосом [10-13].

Аутофагия нуждается во многих событиях ремоделирования мембран и белках катализаторах, чья активность индуцируется голоданием. Одно из ключевых событий происходит на PAS, где предшественники мембран аутофагосом сливаются, удлиняются и образуют закрытую форму аутофагосомы. Несколько аутофагичных белков координируют образование PAS, включая: the ULK протеин киназный комплекс (FIP200/ULK1/ATG13/ATG101 комплекс), phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) комплекс (ATG14/Beclin-1/P150/VPS34 комплекс), the ubiquitin-like phosphatidylethanolamine conjugation machinery (ATG7, ATG3 and ATG12-ATG5 соединяющаяся в комплекс с ATG16), и трансмембранный белок ATG9 и нижестоящие эффекторы, такие как WIPIs и ATG2 [6], [9]. Впоследствии зрелые аутофагосомы сливаются с эндолизосомами, что сопровождается tubulation и разделением мембран, чтобы регенерировать новые лизосомы [10]. SNARE белки syntaxin-17, SNAP29 и VAMP8, а также комплекс HOPS участвуют в слиянии аутофагосом с лизосомами [14-16], а расщепление аутолизосом обеспечивается с помощью clathrin и kinesin [12], [17].

Молекулярные аспекты инициации сборки фагофор и процессов, индуцируемых голоданием, остаются неясными. Эндоплазматический ретикулум (ER) является главным компонентом системы формирования эндомембран. Появляются доказательства, указывающие на участие ER и ассоциированных компартментов в биогенезе аутофагосом. Субдомен ER, возможно соседствующий с митохондриями, как было установлено, действует как колыбель для биогенеза аутофагосом путем образования phosphatidylinositol 3-phosphate-enriched omegasome [18-21]. Многие линии исследований подтверждают, что ER-Golgi intermediate compartment (ERGIC), станция преобразования, расположенная между ER и Golgi, является источником мембран для аутофагосом [22-27]. ER-exit site (ERES), где инициируется образование пузырьков COPII, переносящих секреторный груз из ER, ассоциирует с PAS у дрожжей [28-30]. Кроме того, компоненты COPII, также как и TRAPPIII, предполагаемый молекулярный аппарат для соединения COPII пузырьков и регулятор секреторного пути, необходимы для аутофагии у дрожжей и в клетках млекопитающих [31-34]. Молекулярные связи между этими ступенями ещё предстоит выяснить.

В предыдущей работе мы описали механизм ремоделирования мембран ERGIC, когда происходило индуцированное голоданием перемещение аппарата COPII с ERES на ERGIC, чтобы генерировать происходящие из ERGIC пузырьки COPII, которые служат в качестве мембранной матрицы для LC3 липидизации (lipidation), ключевой ступени биогенеза аутофагосом [25]. Сборка пузырьков COPII на ERGIC достигается с помощью перемещения SEC12, активатора сборки COPII, с ERES на ERGIC [25]. Мы попытались понять, как SEC12 переносится с ER во время голодания. Нами были установлено, что индуцированное голоданием ремоделирование ERES является позитивным для SEC12 (SEC12-ERES), оно облегчает перемещение SEC12 на ERGIC. Трехмерная (3D) с супер-разрешением микроскопия показала, что SEC12-ERES структура увеличивается и окружает ERGIC, приводя к перемещению SEC12 в ERGIC, возможно, чтобы запускать сборку ERGIC-COPII пузырьков. Истощение CTAGE5 и FIP200, двух белков, ассоциированных с SEC12, которые необходимы для концентрации SEC12 на ERES, устраняет голоданием вызываемое увеличение SEC12-ERES, перемещение SEC12 на ERGIC и липидизацию LC3. Т.о., мы полагаем, что SEC12 белковый комплекс является мишенью для контроля за перемещением SEC12 с ERES на ERGIC в качестве раннего события индуцируемой голоданием аутофагии.

Итак, нам удалось показать, что голоданием вызываемое увеличение мест (ERES) является положительным для COPII активатора, SEC12, и оно ремоделирует участки ERES вдоль ERGIC. SEC12 связывающий белок, CTAGE5, необходим для увеличения ERES, перемещения SEC12 на ERGIC, и он модулирует биогенез аутофагосом. Более того, FIP200, субъединица комплекса ULK протеин киназ, облегчает вызванное голоданием увеличение ERES независимо от др. субъединиц этоого комплекса и ассоциирует посредством своего C-терминального домена с SEC12. Следовательно, FIP200 и CTAGE5 облегчают ремоделирование ERES при голодании , что обязательно для продукции пузырьков COPII, отделяющихся от ERGIC, необходимое для формирования аутофагосом.