8月23日，四川大學盧克鋒、許文明團隊在Developmental Cell上發表了一篇題為“Autophagic elimination of ribosomes during spermiogenesis provides energy for flagellar motility”的新研究，揭示了Vac8/ARMC3在PtdIns3P激酶復合體錨定在自噬起始位點的作用，以及其在生殖組織特異性自噬中的重要生理功能。
 

研究背景
自噬是一種進化上保守的真核生物中的降解機制。對于簡單的真核生物如單細胞酵母，自噬最基本的功能是在營養饑餓時被激活，進而降解胞內物質來實現物質再循環從而度過該階段。對于復雜的多細胞真核生物，例如哺乳動物，自噬具有抵抗營養饑餓之外的其他重要功能。

精子從精原細胞歷經減數分裂成為圓形精子細胞，然后經歷一系列的形態變化和功能轉變，形成伸長的成熟精子。在精子的發生過程中，有一個重要變化就是精子中的多余細胞器和細胞質的去除。自噬的功能之一就是在營養缺乏或者受到刺激時將細胞中多余的蛋白質或者細胞器等降解回收以供細胞重新利用。

該研究表明在多細胞生物中，在某些情況下，特別是當細胞突然需要增加新陳代謝時，自噬被激活以降解胞內物質從而滿足細胞自主方式的物質和能量需求。

技術路線
構建ARMC3敲除小鼠
Vac8/ARMC3 在生殖組織特異性自噬中的功能分析
機制研究

技術方法
轉錄組學、質譜、免疫共沉淀、QPCR、免疫熒光染色等。

研究結果

1// 如同其酵母同源Vac8在自噬中發揮作用，ARMC3在小鼠睪丸中也有著類似的自噬功能
首先，研究人員利用ARMC3^+/+和ARMC3^-/-兩種老鼠（ARMC3^-/-，由賽業生物提供），在小鼠睪丸組織中驗證了ARMC3仍然與酵母同源Vac8的互作蛋白PIK3C3-C1進行互作，ARMC3的敲除也會導致小鼠睪丸組織中自噬的阻斷。另外自噬的底物p62在ARMC3^-/-睪丸組織的精子延長階段累積，并且電鏡觀察到ARMC3^-/-小鼠精子自噬體形成缺陷。
 

圖1：A. ARMC3^-/-小鼠睪丸蛋白互作驗證；B-C. ARMC3^-/-小鼠睪丸檢測自噬情況；D.在ARMC3^-/-小鼠睪丸切片觀察自噬底物p62的定位；E. 在ARMC3^-/-小鼠電鏡觀察自噬體F. ARMC3^-/-小鼠睪丸切片觀察PI3KC3-C1蛋白定位。

2//  ARMC3的敲除影響精子運動，導致雄性小鼠不育
ARMC3敲除不影響小鼠的睪丸大小體積、精子的生成和形態，但是嚴重影響小鼠精子的運動能力，從而導致ARMC3^-/-雄性小鼠完全不育。經過進一步實驗發現，小鼠精子運動能力大幅減弱是因為ARMC3敲除從而導致小鼠睪丸和精子的線粒體能量水平低（JC-1綠色和Mito-tracker熒光強度弱），在精子中具有彌漫性線粒體嵴的空泡化線粒體。
 

圖2：A. ARMC3^-/-小鼠完全不育；B. ARMC3^-/-小鼠睪丸大小形態無差異；C. ARMC3^-/-小鼠睪丸切片HE染色；D.精子計數；E. ARMC3^-/-小鼠精子運動能力檢測；F-G. ARMC3^-/-小鼠睪丸和精子ATP含量檢測；H. ARMC3^-/-小鼠精子檢測JC-1和Mito-tracker；I.電鏡觀察精子線粒體。

3//  ARMC3的敲除導致核糖體蛋白在小鼠精子累積
通過蛋白組學，研究人員發現核糖體蛋白在ARMC3^-/-的小鼠精子明顯大量累積，28個核糖體蛋白亞基蛋白豐度全部上調。通過Western Blot驗證了其中的七個核糖體亞基蛋白，并且通過免疫熒光驗證了核糖體蛋白在睪丸切片的定位，發現其與自噬底物p62一樣，在精子延伸階段核糖體蛋白的熒光累積。
 

圖3：A-C.蛋白組學結果分析；D.驗證核糖體蛋白在ARMC3^-/-小鼠增加；E.在ARMC3^-/-小鼠睪丸切片觀察核糖體蛋白的定位。

總結
這項研究工作發現酵母蛋白Vac8將自噬體脂質PtdIns3P的催化激酶復合體PIK3C3-C1募集到自噬體組裝位點來介導自噬起始。Vac8的小鼠同源分子ARMC3的自噬功能是保守的。缺乏 ARMC3的小鼠具有正常的生存能力但表現出完全的雄性不育。蛋白質組學分析以及多種生化分析表明在缺乏ARMC3的精子細胞中，細胞質核糖體的自噬降解被阻斷，導致線粒體能量水平低和精子鞭毛運動力喪失，從而導致雄性小鼠完全不育。

這項研究表明，在多細胞生物中，在某些情況下，特別是當細胞突然需要增加新陳代謝時，自噬被激活以降解胞內物質從而滿足細胞自主方式的物質和能量需求。