UNC51 样自噬激活激酶 1； ULK1

UNC51 样激酶 1
UNC51，线虫，
UNC51.1的同源物

HGNC 批准的基因符号：ULK1

细胞遗传学位置：12q24.33 基因组坐标（GRCh38）：12:131,894,622-131,923,150（来自 NCBI）

▼ 克隆与表达

线虫 unc51 基因编码一种几乎只在神经元中表达的丝氨酸/苏氨酸激酶。unc51 突变导致轴突延伸和生长异常，导致瘫痪、产蛋缺陷和矮胖表型。通过使用与 unc51 催化结构域的子结构域相对应的简并引物进行 PCR，Kuroyanagi 等人（1998）分离出与 unc51 显着同源的大鼠新生脑 cDNA。作者使用大鼠片段作为筛选人胎脑和神经母细胞瘤 NT-2 cDNA 文库的探针，克隆了 UNC51 样激酶 1（ULK1） cDNA。预测的 1,050 个氨基酸的人类蛋白质与线虫 unc51 具有 29% 的序列同一性。Northern 印迹分析显示，ULK1 在所有检测的成人组织中以 6 kb mRNA 的形式表达，其中骨骼肌和心脏中的水平最高。

陈等人（2009）表明推导的 1,051 个氨基酸的鼠 Ulk1 蛋白具有 N 末端激酶结构域，随后是长丝氨酸和脯氨酸丰富的间隔区以及 C 末端功能结构域。

▼ 基因功能

Tomoda 等人使用酵母 2 杂交检测（2004）确定UNC51.1 的C 末端结合SynGAP（603384）的C 末端，SynGAP（603384）是Ras（190020）的负调节因子。Unc51.1 和 SynGAP 均定位于小鼠大脑皮层裂解物的膜部分。Tomoda 等人使用报告基因检测（2004）发现 Unc51.1 通过其激酶活性抑制 SynGAP。他们提供的证据表明 Unc51.1 和 SynGAP 在轴突形成中协同发挥作用。

陈等人（2009）发现小鼠 Ulk1 和 Ulk2（608650）与不同的大分子质量复合物相关。突变分析表明，激酶活性和 Ulk1 的 C 末端结构域均调节其与这些复合物的关联。Ulk1 和 Ulk2 C 端结构域内的孤立基序调节自噬体蛋白人 ATG13（615088）的自磷酸化、膜缔合以及结合和磷酸化。Ulk1 和 Ulk2 的分离 C 端结构域作为饥饿诱导的自噬体形成和蛋白质降解的显性失活抑制剂。HEK293 细胞中激酶失活形式的 Ulk1 和 Ulk2 抑制饥饿诱导的自噬。Ulk1 与耐洗涤剂膜中的脂筏标记相关，并且其膜关联在氨基酸饥饿后没有改变。相比之下，Ulk2 在氨基酸饥饿后部分去磷酸化，并且与自噬体膜的相关性更强。

在筛选 AMPK 保守底物时，Egan 等人（2011）鉴定了 ULK1 和 ULK2，它们是自噬所需的酵母蛋白激酶 Atg1 的哺乳动物直系同源物。对哺乳动物肝脏和线虫中 AMPK 或 ULK1 的遗传分析揭示了自噬对这些激酶的需求。在哺乳动物中，AMPK 或 ULK1 的缺失会导致自噬转换因子 p62（601530）的异常积累和线粒体自噬缺陷。用不能被 AMPK 磷酸化的突变 ULK1 重建 ULK1 缺陷细胞，结果表明这种磷酸化是饥饿期间线粒体稳态和细胞存活所必需的。伊根等人（2011）得出的结论是，他们的发现揭示了一种将营养状态与自噬和细胞存活耦合起来的保守生化机制。

林等人（2012）报道，糖原合酶激酶 3（GSK3; 606784）在缺乏生长因子的细胞中默认去抑制时，会通过磷酸化 TIP60 密码子 86 处的丝氨酸来激活乙酰转移酶 TIP60（601409）。这会直接乙酰化并刺激蛋白激酶 ULK1 ，这是自噬所必需的。经工程改造表达不能被 GSK3 磷酸化的 TIP60（S86A）的细胞不能经历血清剥夺诱导的自噬。ULK1 的乙酰化缺陷突变体未能挽救 Ulk-null 小鼠胚胎成纤维细胞的自噬。当缺乏血清但不缺乏葡萄糖时，细胞利用 GSK3 到 TIP60 和 ULK1 的信号传导来调节自噬。林等人（2012）得出的结论是，他们的发现揭示了一条整合蛋白质磷酸化和乙酰化以将生长因子剥夺与自噬联系起来的激活途径。

尹等人（2020）提供了亮氨酰-tRNA 合成酶-1（LARS1; 151350）在葡萄糖依赖性亮氨酸使用控制中的作用的证据。葡萄糖饥饿后，LARS1 在对亮氨酸结合至关重要的残基处被 ULK1 磷酸化。磷酸化的 LARS1 显示亮氨酸结合减少，作者认为这可能会抑制蛋白质合成并有助于节省能量。不用于合成代谢过程的亮氨酸可能可用于分解代谢途径能量产生。尹等人（2020）的结论是，LARS1 介导的亮氨酸利用变化可能有助于支持细胞在葡萄糖剥夺下的生存，因此，根据葡萄糖的可用性，LARS1 可能有助于调节亮氨酸是否用于蛋白质合成或能量生产。

▼ 基因结构

Kuroyanagi 等人的 Southern 印迹分析（1998）表明 ULK1 基因跨度为 30 至 40 kb。

▼ 测绘

通过体细胞杂交和辐射杂交的分析以及荧光原位杂交，Kuroyanagi 等人（1998）将 ULK1 基因定位到 12q24.3。

▼ 分子遗传学

关联待确认

Horne 等人在 569 名自称为亚裔或黑人并与结核病患者有密切接触的人中（2016）发现 273 人（48%）出现潜伏结核分枝杆菌感染（LTBI）（见 607948）。对 143 名 LTBI 密切接触者和 106 名无 LTBI 密切接触者的 ULK1 基因进行基因分型，鉴定出 2 个与 LTBI 显着相关的高度连锁不平衡 SNP：rs12297124 和 rs7300908。进一步的研究仅集中于 G-to-T 内含子转换（rs12297124）。多变量分析表明，该 SNP 的次要等位基因与 LTBI 风险显着降低相关（优势比为 0.32）。ULK1缺陷细胞的体外研究表明，与对照组相比，用Toll样受体和结核分枝杆菌刺激后，TNF分泌减少，结核分枝杆菌复制增加，选择性自噬减少。研究结果表明，ULK1 基因的变异可能通过影响自噬来影响 LTBI 发展的易感性。

▼ 动物模型

昆杜等人（2008）发现 Ulk1 缺失小鼠能够存活并且没有表现出明显的发育缺陷。然而，与野生型动物相比，它们有轻度脾肿大，网织红细胞的数量和大小有所增加。电子显微镜显示，一群 Ulk1 缺失的红细胞保留了线粒体和核糖体，这些细胞通常在红细胞成熟的最后阶段被自噬消除。清除线粒体的缺陷可以通过在线粒体解偶联剂存在下培养 Ulk1-null 网织红细胞来克服。Ulk1缺陷的胚胎成纤维细胞也显示线粒体质量增加。通过营养撤退可以在 Ulk1 缺陷的成纤维细胞中诱导自噬。昆杜等人（2008）得出结论，ULK1 在调节线粒体清除中发挥一般作用，并且对于自噬并不重要。