Characterization of ATG7 protein coding isoforms

Abstract

ATG7, an essential protein for cellular homeostasis, plays a pivotal role in regulating autophagy. The autophagy process ensures the degradation and recycling of cellular components for proper cell function. ATG7 facilitates the lipidation of ATG8 proteins, a vital step in autophagosome formation. Notably, ATG7 is expressed as two mRNA splice variants, referred to as ATG7(1) and ATG7(2). The corresponding ATG7(2) protein lacks an essential domain rendering it incapable of carrying out the canonical autophagy-related functions. While ATG7(1) is well-known for its involvement in autophagy, the role, and regulatory mechanisms of ATG7(2) remain unknown. Studies have established a connection between ATG7 and tumorigenesis. Notably, previous research by the team revealed an association of an ATG7 variant (D522E) with increased risk of hepatic cancer. ATG7 is also connected to glucose and lipid metabolism, exerting influence over metabolic pathways. However, significant knowledge gaps persist, particularly regarding the non-autophagic functions of ATG7. We started by investigating how the D522 residue in ATG7 impacts the risk of liver cancer development using protein interactome analysis of mutant variants. We observed interactions between the ATG7-D522 variants, and proteins involved in cytoskeletal organization. Then, we discovered that D522 is located in a conserved vertebrate specific region (VSR) of ATG7. Subsequently, we created cell models with ΔVSR mutants to study their biological functions and found that the VSR is required for the lipidating activity and potentially affects cytoskeletal organization. However, as the most substantial differences were observed within ATG7(2), our research efforts were directed towards characterizing this specific isoform. We found that ATG7(2) expression correlated with malignancy, being more prevalent in primary tumors and influencing survival in cancer patients. Comparing protein interactions of the two isoforms, we found that ATG7(1) primarily interacts with autophagy-related proteins, while ATG7(2) interacts with mitochondrial membrane proteins and crucial glycolytic enzymes. Functional analysis revealed that ATG7(2) exerts a repressive effect on glycolysis and mitochondrial activities. Our research sheds light on the non-canonical ATG7(2) isoform, revealing its associations with malignancy, and distinct protein interactions, ultimately impacting glycolysis and mitochondrial activities. Unraveling the complexities of ATG7(2) will enhance our understanding of the diverse roles of ATG7 in cellular processes beyond autophagy.

ATG7 próteinið gegnir lykilhlutverki í sjálfsáti í frumum. Sjálfsát er niðurbrotsferli sem tryggir að ekki safnist upp skemmd frumulíffæri og stórsameindir innan frumu, og er þannig mikilvægt fyrir heilbrigða frumustarfsemi. Ferlið er einnig mikilvægt viðbragð frumu til þess að komast af við erfiðar umhverfisaðstæður eins og súrefnis- eða næringarskort. ATG7 hvatar nauðsynlegt skref í myndun sjálfsátsbóla, með því að hvata lípíðbindingu annars sjálfsátspróteins, ATG8. Tvö ATG7 mRNA eru hæst tjáð í vefjum mannslíkamans, ATG7(1) og ATG7(2). Í samanburði við ATG7(1), vantar svæði í ATG7(2) próteinið, sem er nauðsynlegt fyrir sjálfsátsvirkni þess. Hlutverk ATG7(1) í sjálfsáti er vel skilgreint, en lítið er vitað um hlutverk ATG7(2). Áhrif ATG7 í krabbameinum hafa einkum verið rannsökuð í músum, en fyrri niðurstöður rannsóknarhópsins, höfðu sýnt að erfðabreytileiki í ATG7 (D522E) hefur fylgni við auknar líkur á lifrar- og gallvegakrabbameini. Komið hefur í ljós að ATG7 hefur margvísleg áhrif á glúkósa og lípíð efnaskipti bæði í æxlum og heilbrigðum vef. Við byrjuðum á að rannsaka hvaða hlutverki D522 amínósýran í ATG7 gegnir í krabbameinum. Við gerðum massagreiningu á prótein bindifélögum ATG7 villigerðar og stökkbreytts próteins. Í ljós kom að ATG7 með stökkbreytingu í D522 binst frymisgrindarpróteinum. Þróunarfræðigreining leiddi í ljós að D522 er staðsett í hluta próteinsins sem eingöngu er til staðar í hryggdýrum (VSR svæði). Við könnuðum áhrif þessa svæðis með því að tjá prótein sem vantar þetta svæði (∆VSR) og í ljós kom að svæðið er nauðsynlegt fyrir sjálfsátsvirkni ATG7 og hefur áhrif á frymisgrindina. Áhrifin voru þó mest þegar svæðið vantar í ATG7(2). Við ákváðum því að leggja áherslu á að skilgreina hlutverk ATG7(2). Greining á tjáningu á ATG7 í heilbrigðum vef og æxlum leiddi í ljós aukningu á ATG7(2) í æxlum og áhrif tjáningar þess á lifun. Þegar bornir voru saman prótein bindifélagar ísóformanna kom í ljós að ATG7(1) binst sjálfsátspróteinum eins og skilgreint hefur verið áður. Hins vegar binst ATG7(2) lykilpróteinum í glýkólýsu og himnupróteinum hvatbera. Frekari rannsóknir sýndu að ATG7(2) hindrar glýkólýsu og hvatberavirkni. Rannsóknir okkar hafa leitt í ljós áður óskilgreinda virkni ATG7. ATG7(2) hefur áhrif á lifun í krabbameinum, binst efnaskiptapróteinum í stað sjálfsátspróteina og hefur áhrif á glýkólýsu og hvatberavirkni. Mikilvægt verður að skilgreina þetta hlutverk nánar og varpa þannig ljósi á hlutverk ATG7 og sjálfsáts í krabbameinum.