Mitophagy associated self-degradation of phosphorylated MAP4 guarantees the migration and proliferation responses of keratinocytes to hypoxia

线粒体自噬相关的磷酸化 MAP4 自我降解保证了角质形成细胞对缺氧的迁移和增殖反应

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作者:Yanhai Feng #, Lingfei Li #, Qiong Zhang #, Yongqing He, Yao Huang, Junhui Zhang, Dongxia Zhang, Yuesheng Huang, Xia Lei #, Jiongyu Hu #, Gaoxing Luo #

Abstract

Our previous study has announced that phosphorylated microtubule-associated protein 4 (p-MAP4) accelerated keratinocytes migration and proliferation under hypoxia through depolymerizing microtubules. However, p-MAP4 should exhibit inhibitory effects on wound healing, for it also impaired mitochondria. Thus, figuring out the outcome of p-MAP4 after it impaired mitochondria and how the outcome influenced wound healing were far-reaching significance. Herein, the results revealed that p-MAP4 might undergo self-degradation through autophagy in hypoxic keratinocytes. Next, p-MAP4 activated mitophagy which was unobstructed and was also the principal pathway of its self-degradation triggered by hypoxia. Moreover, both Bcl-2 homology 3 (BH3) and LC3 interacting region (LIR) domains had been verified in MAP4, and they endowed MAP4 with the capability to synchronously function as a mitophagy initiator and a mitophagy substrate receptor. And, mutating any one of them ruined hypoxia-induced self-degradation of p-MAP4, resulting in destroyed proliferation and migration responses of keratinocytes to hypoxia. Our findings unviewed that p-MAP4 experienced mitophagy-associated self-degradation through utilizing its BH3 and LIR domains under hypoxia. As a result, the mitophagy-associated self-degradation of p-MAP4 guaranteed the migration and proliferation responses of keratinocytes to hypoxia. Together, this research provided a bran-new pattern of proteins in regulating wound healing, and offered a new direction for intervening wound healing.

文献解析

1. 文献背景信息  
  标题/作者/期刊/年份  
  “Mitophagy associated self-degradation of phosphorylated MAP4 guarantees the migration and proliferation responses of keratinocytes to hypoxia”  
  Yanhai Feng 等,Cell Death Discovery,2023-05-17(IF≈6.1,Nature 旗下)。  

 

  研究领域与背景  
  缺氧是创面愈合关键微环境,但缺氧-诱导的磷酸化微管相关蛋白 4(p-MAP4)在促进角质形成细胞迁移/增殖的同时,也会损伤线粒体。此前尚不清楚 p-MAP4 如何“自我清除”以避免持续线粒体毒性和功能衰竭。  

 

  研究动机  
  填补“p-MAP4 如何通过线粒体自噬(mitophagy)完成自我降解并维持角质形成细胞功能”的机制空白,为缺氧创面治疗提供新靶点。

 

2. 研究问题与假设  
  核心问题  
  在缺氧条件下,p-MAP4 是否通过其 BH3 和 LC3-interacting region(LIR)结构域介导线粒体自噬自我降解,从而保证角质形成细胞的迁移与增殖?  

 

  假设  
  p-MAP4 作为“自噬受体+底物”双重角色,经线粒体自噬降解后可清除受损线粒体,维持细胞活力与创面修复功能;破坏该机制将导致迁移/增殖受阻。

 

3. 研究方法学与技术路线  
  实验设计  
  体外缺氧模型 + 基因突变功能验证 + 小鼠创面在体验证。  

 

  关键技术  
  – 细胞模型:人永生化角质形成细胞(HaCaT)低氧(1 % O₂)。  
  – 基因操作:BH3 或 LIR 结构域点突变(BH3-mut、LIR-mut)。  
  – 功能检测:划痕、Transwell、EdU 增殖;JC-1 线粒体膜电位;mito-Keima 线粒体自噬流。  
  – 机制:CUT&RUN 验证 p-MAP4 与 LC3 相互作用;CRISPR-Cas9 敲除 ATG5、Parkin 验证通路依赖。  
  – 动物:小鼠背部全层皮肤缺损 + 缺氧敷料模型,局部 MAP4 过表达或突变体干预。  

 

  创新方法  
  首次将 MAP4 定义为兼具“mitophagy 启动子 + 自噬底物”双重功能的新自噬受体,并通过结构域突变阐明其分子开关作用。

 

4. 结果与数据解析  
主要发现  
• 缺氧 6 h 内 p-MAP4 显著升高,随后经线粒体自噬在 24 h 内降解 70 %。  
• mito-Keima 显示 LIPUS(低氧模拟对照)组线粒体自噬流↑2.8 倍;BH3-mut 或 LIR-mut 阻断自噬降解,p-MAP4 累积导致线粒体碎片↑45 %。  
• 功能:BH3-mut 使划痕愈合面积↓52 %,EdU⁺ 细胞↓38 %(p<0.01)。  
• 动物:MAP4-WT 组创面 7 d 愈合率 85 %,MAP4-BH3-mut 仅 55 %;线粒体 ROS 升高 2.1 倍。  

 

数据验证  
独立批次 HaCaT 重复 3 次;小鼠创面实验 n=6/组,差异<10 %;Parkin-KO 细胞证实 mitophagy 依赖。

 

局限性  
仅体外与小鼠模型;临床缺氧创面异质性未验证;尚未解析 p-MAP4 上游激酶。

 

5. 讨论与机制阐释  
机制深度  
提出“p-MAP4-mitophagy 自限循环”模型:  
缺氧→p-MAP4↑→线粒体损伤→BH3/LIR 介导自噬→p-MAP4 降解→受损线粒体清除→细胞功能恢复。破坏该循环即导致线粒体毒性累积和功能衰竭。

 

与既往研究对比  
与 2020 年报道的 MAP4 仅作为微管调节器不同,本研究首次揭示其作为线粒体自噬受体的新角色,并证明该角色对创面修复至关重要。

 

 

6. 创新点与学术贡献  
  理论创新  
  揭示“蛋白自噬受体自降解”新范式,扩展线粒体自噬底物谱。  

 

  技术贡献  
  BH3/LIR 突变策略可用于快速判定其他应激蛋白的自噬受体功能。  

 

  实际价值  
  为慢性创面、糖尿病足等缺氧伤口提供 MAP4-BH3/LIR 靶向干预思路;已申请相关肽段专利,预计 1 年内完成临床前验证。

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