Szlak lizosomalno-autofagiczny jest aktywowany przez głód i odgrywa ważną rolę zarówno w klirensie komórkowym, jak i katabolizmie lipidów. ważną rolę zarówno w klirensie komórkowym, jak i katabolizmie lipidów. Jednakże regulacja transkrypcyjna tego szlaku w odpowiedzi na sygnały metaboliczne jest nie została scharakteryzowana. Tutaj pokazujemy, że czynnik transkrypcyjny EB (TFEB), główny regulator regulator biogenezy lizosomalnej i autofagii, jest indukowany przez głód poprzez autoregulacyjną pętlę sprzężenia zwrotnego i wywiera globalną transkrypcję kontrolę nad katabolizmem lipidów poprzez Ppargc1α i Ppar1α. Tak więc, podczas głodu mechanizm transkrypcyjny łączy szlak autofagii z energią komórkową metabolizmem komórkowym. Zachowanie tego mechanizmu u Caenorhabditis elegans sugeruje fundamentalną rolę TFEB w ewolucji odpowiedzi adaptacyjnej na brak pożywienia. Wirusowe dostarczanie TFEB do wątroby zapobiegało przybieraniu na wadze i zespołowi metabolicznemu zarówno w mysich modelach otyłości wywołanych dietą, jak i genetycznych, sugerując nową strategię terapeutyczną dla zaburzeń metabolizmu lipidów. --- Choroby związane z utratą funkcji są często powodowane przez mutacje destabilizujące, które prowadzą do do nieprawidłowego fałdowania i degradacji białek. Modulowanie wrodzonej homeostazy białek (proteostazy) może prowadzić do uratowania natywnego fałdowania zmutowanych wariantów wariantów, poprawiając w ten sposób fenotyp choroby. W lizosomalnych zaburzeniach (LSD), wiele wysoce rozpowszechnionych alleli ma mutacje missense które nie osłabiają aktywności katalitycznej enzymu, ale destabilizują jego natywną strukturę, powodując degradację strukturę, powodując degradację nieprawidłowo sfałdowanego białka. Zwiększenie umożliwia uratowanie natywnej, biologicznie funkcjonalnej struktury tych niestabilnych, zmutowanych białek. struktury tych niestabilnych, zmutowanych enzymów. Jednakże, modulatory proteostazy specyficzne dla układu lizosomalnego są obecnie nieznane. Tutaj badamy rolę czynnika transkrypcyjnego EB (TFEB), głównego regulatora biogenezy i funkcji lizosomów w modulowaniu proteostazy lizosomalnej w LSD. Pokazujemy że aktywacja TFEB skutkuje zwiększonym fałdowaniem, przemieszczaniem i lizosomalną aktywność poważnie zdestabilizowanego wariantu glukocerebrozydazy (GC) związanego z rozwojem choroby Gauchera z rozwojem choroby Gauchera (GD), najczęstszej LSD. TFEB specyficznie indukuje ekspresję GC i kluczowych genów zaangażowanych w składanie i transport lizosomalny, zwiększając w ten sposób zarówno pulę zmutowanego enzymu, jak i jego przetwarzanie przez szlak wydzielniczy. Aktywacja TFEB ratuje również aktywność mutanta β-heksozoaminidazy związanego z rozwojem innej LSD, choroby Tay-Sachsa. LSD, choroby Tay-Sachsa, sugerując w ten sposób ogólne zastosowanie modulacji proteostazy za pośrednictwem TFEB w celu ratowania mutacji destabilizujących w LSD. Podsumowując, nasze odkrycia identyfikują TFEB jako specyficzny regulator proteostazy lizosomalnej i sugerują, że TFEB może być stosowany jako cel terapeutyczny do ratowania enzymu homeostazy w LSD. --- Przez długi czas lizosomy były uważane jedynie za komórkowe "spalarnie zaangażowane w degradację i recykling odpadów komórkowych. Jednak obecnie istnieją istnieją przekonujące dowody wskazujące, że lizosomy mają znacznie szerszą funkcję i że są one zaangażowane w podstawowe procesy, takie jak wydzielanie, naprawa błon plazmatycznych, sygnalizacja i energia. naprawa błony plazmatycznej, sygnalizacja i metabolizm energetyczny. Co więcej, istotna rola lizosomów w szlakach autofagii stawia te organelle na rozdrożu kilku procesów komórkowych, z istotnymi implikacjami dla zdrowia i choroby. choroby. Identyfikacja głównego regulatora, czynnika transkrypcyjnego EB (TFEB), który reguluje biogenezę lizosomalną i autofagię, ujawniła, w jaki sposób lizosom dostosowuje się do lizosom dostosowuje się do sygnałów środowiskowych, takich jak głód, a celowanie w TFEB może stanowić nową strategię terapeutyczną dla modulowania funkcji lizosomalnej w chorobach człowieka. --- Nanocząstki tlenku ceru (nanoceria) są szeroko stosowane w różnych zastosowaniach przemysłowych, w tym w filtrach UV i katalizatorach. Rozwijająca się produkcja i wykorzystanie nanocząstek ceru na skalę komercyjną nieuchronnie nieuchronnie zwiększyły ryzyko uwolnienia nanocząstek do środowiska, a także ryzyko ryzyko narażenia ludzi. Wykorzystanie nanocerii w zastosowaniach biomedycznych jest również jest obecnie badane ze względu na jego niedawno scharakteryzowane właściwości przeciwutleniające. właściwości antyoksydacyjne. W niniejszym badaniu zbadaliśmy wpływ nanocząstek ceru na układ lizosom-autofagia, główny szlak kataboliczny, który jest aktywowany w komórkach ssaków po internalizacji nanocząstek. w komórkach ssaków po internalizacji egzogennego materiału. Przetestowaliśmy baterię nanocząstek ceru sfunkcjonalizowanych różnymi rodzajami biokompatybilnych powłok powłokami (N-acetyloglukozamina, glikol polietylenowy i poliwinylopirolidon). które powinny mieć minimalny wpływ na integralność i funkcję lizosomów. Stwierdziliśmy że nanocząsteczki ceru promują aktywację czynnika transkrypcyjnego EB, głównego regulatora lizosomalnego. głównego regulatora funkcji lizosomalnej i autofagii oraz indukują regulację w górę genów układu lizosom-autofagia. Ponadto wykazaliśmy, że szereg różnie sfunkcjonalizowane nanocząstki ceru testowane w tym badaniu zwiększają autofagiczny klirens agregatów proteolipidowych, które gromadzą się w wyniku nieefektywnego funkcjonowania układu lizosom-autofagia. Badanie to zapewnia mechanistyczne zrozumienie interakcji nanocząstek ceru z układem układem lizosom-autofagia i wykazuje, że nanocząstki ceru są aktywatorami autofagii i promują usuwanie ładunku autofagicznego. Wyniki te zapewniają wgląd w wykorzystanie nanocerii w zastosowaniach biomedycznych, w tym dostarczaniu leków. Odkrycia te pozwolą również na zaprojektowanie nanocząstek o bezpiecznych i precyzyjnych właściwościach. nanocząstek o bezpiecznym i precyzyjnie kontrolowanym wpływie na środowisko oraz projektowanie nanoterapeutyków do leczenia chorób z wadliwą funkcją autofagią i akumulacją lizosomalnego materiału spichrzeniowego. --- Lizosom odgrywa kluczową rolę w homeostazie komórkowej, kontrolując zarówno klirens komórkowy i produkcję energii w odpowiedzi na sygnały środowiskowe. Jednak mechanizmy pośredniczące w adaptacji lizosomalnej są w dużej mierze nieznane. Tutaj pokazujemy, że czynnik transkrypcyjny EB (TFEB), główny regulator biogenezy lizosomalnej, jest w dużej mierze nieznany. biogenezy lizosomalnej, kolokalizuje z głównym regulatorem wzrostu mTOR complex 1 (mTORC1) na błonie lizosomalnej. Gdy obecne są składniki odżywcze, fosforylacja TFEB przez mTORC1 hamuje aktywność TFEB. I odwrotnie, farmakologiczne hamowanie mTORC1, jak również głód i zaburzenia lizosomalne, aktywuje TFEB poprzez promując jego translokację jądrową. Ponadto, odpowiedź transkrypcyjna genów lizosomalnych i autofagicznych na dysfunkcję lizosomalną lub farmakologiczne hamowanie mTORC1 jest tłumione w komórkach TFEB-/-. Co ciekawe, kompleks GTPazy Rag, który wyczuwa aminokwasy lizosomalne i aktywuje mTORC1, jest hamowany w komórkach TFEB-/-. aktywuje mTORC1, jest zarówno niezbędny, jak i wystarczający do regulacji głodu i i indukowanej stresem translokacji jądrowej TFEB. Dane te wskazują, że lizosom lizosom wyczuwa swoją zawartość i reguluje własną biogenezę przez mechanizm sygnalizacyjny lizosom-jądro, który obejmuje TFEB i mTOR. --- Gdy poziomy wewnątrzkomórkowych aminokwasów są wysokie, GTPazy RRAG rekrutują MTORC1 do lizosomów i promują jego aktywację. Odkryliśmy, że RRAG również rekrutują specyficzne substraty MTORC1 do powierzchni lizosomalnej, ułatwiając w ten sposób fosforylację i regulację za pośrednictwem MTORC1. W szczególności, aktywne RRAG oddziałują z czynnikiem transkrypcyjnym EB (TFEB), głównym regulatorem sieci genów który promuje biogenezę lizosomalną i autofagię. Redystrybucja do lizosomów ma kluczowe znaczenie dla zależnej od MTORC1 inaktywacji TFEB w warunkach warunkach bogatych w składniki odżywcze. Dlatego RRAG odgrywają kluczową rolę w koordynowaniu dostępność składników odżywczych i klirens komórkowy. --- Kompleks mTORC1 wspiera wzrost i proliferację komórek w odpowiedzi na poziom energii czynniki wzrostu i składniki odżywcze. Trójfosfatazy guanozynowe Rag (GTPazy) aktywują mTORC1 w odpowiedzi na aminokwasy, promując jego redystrybucję do lizosomów. redystrybucję do lizosomów. W tym artykule zidentyfikowaliśmy nową rolę Rags w kontrolowaniu aktywacji czynnika transkrypcyjnego EB (TFEB), głównego regulatora ekspresji genów autofagicznych i lizosomalnych. Interakcja TFEB z aktywnymi heterodimerami Rag promowało rekrutację TFEB do lizosomów, prowadząc do zależnej od mTORC1 fosforylacji i hamowania TFEB. Interakcja TFEB z Rags wymagało pierwszych 30 reszt TFEB i regionów przełączających domeny G Rags G. Zubożenie lub inaktywacja Rags zapobiegła rekrutacji TFEB do lizosomów, podczas gdy ekspresja aktywnego Rags indukowała asocjację TFEB z błonami lizosomalnymi. błonami lizosomalnymi. Wreszcie, GTPazy Rag wiązały i regulowały aktywację czynnika transkrypcyjnego związanego z mikroftalmią, sugerując szerszą rolę dla Rags w kontroli ekspresji genów. Nasza praca zapewnia nowy wgląd w mechanizmy molekularne, które łączą dostępność składników odżywczych z lokalizacją i aktywacją TFEB aktywacją. --- Ssakowy cel rapamycyny (mTOR) kompleks 1 (mTORC1) jest ważnym, wysoce konserwowanym regulatorem wzrostu komórek. konserwowany regulator wzrostu komórek. Wśród sygnałów, które regulują mTORC1 są składniki odżywcze. Aminokwasy kierują mTORC1 na powierzchnię późnego endosomu/lizosomu, gdzie mTORC1 staje się podatny na inne sygnały wejściowe. Jednakże interakcja między endosomami i mTORC1 jest słabo poznana. Tutaj donosimy o odkrycie sieci, która łączy mTORC1 z krytycznym składnikiem późnego endosomu/lizosomu, V-ATPazą. W bezstronnym badaniu przesiewowym odkryliśmy, że mTORC1 reguluje ekspresję, wśród innych genów lizosomalnych, V-ATPazy. mTORC1 reguluje ekspresję V-ATPazy zarówno w komórkach, jak i u myszy. Regulacja V-ATPazy przez mTORC1 obejmuje czynnik transkrypcyjny translokowany w raku nerki, TFEB. TFEB jest wymagany do ekspresji dużego podzbioru genów reagujących na mTORC1. mTORC1 koordynuje fosforylację TFEB i jego lokalizację jądrową oraz w sposób zależny zarówno od TFEB, jak i V-ATPaz, mTORC1 promuje endocytozę. Dane te ujawniają sieć regulacyjną łączącą onkogenny czynnik transkrypcyjny czynnik, który jest głównym regulatorem biogenezy lizosomalnej, TFEB, do mTORC1 i endocytozą. --- Kanoniczna sygnalizacja Wnt odgrywa ważną rolę w rozwoju i chorobach, regulując transkrypcję genów docelowych i stabilizując wiele białek fosforylowanych przez kinazę syntazy glikogenu 3 (GSK3). Zaobserwowaliśmy, że rodzina czynników transkrypcyjnych MiT rodzina czynników transkrypcyjnych, która obejmuje onkogen czerniaka MITF (czynnik transkrypcyjny związany z mikroftalmią) i główny regulator lizosomalny regulator TFEB, miała najwyższą filogenetyczną konserwację trzech kolejnych domniemanych miejsc fosforylacji GSK3 w proteomach zwierzęcych. To odkrycie skłoniło nas do nas do zbadania związku między MITF, biogenezą endolizosomalną i sygnalizacją Wnt a sygnalizacją Wnt. Tutaj donosimy, że poziomy ekspresji MITF korelowały z ekspresją ekspresją dużego podzbioru genów lizosomalnych w liniach komórkowych czerniaka. EKSPRESJA MITF w indukowalnym tetracykliną modelu czerniaka C32 spowodowała znaczny wzrost struktur pęcherzykowych i zwiększoną ekspresję późnych białek endosomalnych, takich jak białek endosomalnych, takich jak Rab7, LAMP1 i CD63. Te późne endosomy nie były funkcjonalnymi lizosomami, ponieważ były mniej aktywne w proteolizie, ale były w stanie koncentrować Axin1, fosfo-LRP6, fosfoβ-kateninę i GSK3 w obecności ligandów ligandów Wnt. Ta relokalizacja znacząco wzmocniła sygnalizację Wnt poprzez zwiększając liczbę ciał wielopęcherzykowych, do których Wnt staje się zlokalizowany po sygnalizacji Wnt. Wykazaliśmy również pokazujemy, że białko MITF było stabilizowane przez sygnalizację Wnt, poprzez nowy C-końcowe fosforylacje GSK3 zidentyfikowane tutaj. Stabilizacja MITF spowodowała wzrost biosyntezy ciał wielopęcherzykowych, co z kolei zwiększyło sygnalizację Wnt generując pętlę dodatniego sprzężenia zwrotnego, która może funkcjonować podczas proliferacyjnych stadiach czerniaka. Wyniki podkreślają znaczenie nieprawidłowo regulowanej biogenezy endolizosomalnej w sygnalizacji Wnt i raku. --- CEL: Niedawne doniesienia o proaterogennym fenotypie u myszy z niedoborem autofagii specyficznym dla makrofagów specyficznym dla makrofagów niedoborem autofagii odnowiły zainteresowanie rolą autofagii i układu lizosomalnego w miażdżycy. Lizosomy mają unikalną zdolność do przetwarzania zarówno materiału egzogennego, w tym lipidów i pochodzących z autofagii, takich jak dysfunkcyjne białka/organelle. Naszym celem było zrozumieć wpływ aterogennego środowiska lipidowego na lizosomy makrofagów lizosomy makrofagów i ocenić nowe sposoby modulowania tego systemu. PODEJŚCIE I WYNIKI: Korzystając z różnych uzupełniających się technik, wykazaliśmy, że utlenione lipoproteiny o niskiej gęstości i kryształy cholesterolu, powszechnie spotykane gatunki lipidów w miażdżycy, prowadzą do głębokiej dysfunkcji lizosomalnej w hodowanych makrofagach. hodowanych makrofagach. Zaburzenia lizosomalnego pH, zdolności proteolitycznej, integralności błony i morfologii. Wykorzystując cytometrię przepływową stwierdzamy, że makrofagi izolowane z blaszek miażdżycowych również wykazują cechy dysfunkcji lizosomów. Następnie zbadaliśmy, czy wzmocnienie funkcji lizosomów może być korzystne. Czynnik transkrypcyjny EB (TFEB) jest jedynym znanym znanym czynnikiem transkrypcyjnym, który jest głównym regulatorem biogenezy lizosomalnej chociaż jego rola w makrofagach nie została zbadana. Stres lizosomalny indukowany przez chlorochinę lub aterogenne lipidy prowadzi do translokacji jądrowej TFEB i aktywacji genów lizosomalnych i autofagii. Nadekspresja TFEB w makrofagach dodatkowo zwiększa tę odpowiedź prodegradacyjną i ratuje kilka szkodliwych efekty obserwowane przy aterogennym obciążeniu lipidami, o czym świadczy stępiona dysfunkcja lizosomalna dysfunkcję lizosomalną, zmniejszone wydzielanie prozapalnej cytokiny interleukiny-1β, zwiększony wypływ cholesterolu i zmniejszona agregacja poliubikwitynowanych białek agregacji. WNIOSKI: Podsumowując, dane te pokazują, że funkcja lizosomalna jest znacznie upośledzona w miażdżycy i sugerują, że indukcja programu biogenezy lizosomalnej w makrofagach biogenezy w makrofagach ma działanie przeciwmiażdżycowe. --- Lizosomy są wszechobecnymi organellami zamkniętymi w błonie, wypełnionymi kwaśnym i mają kluczowe znaczenie dla szlaku autofagicznego, endocytarnego lub fagocytarnego. W przeciwieństwie do W przeciwieństwie do swojej klasycznej funkcji jako maszyny do zarządzania odpadami, lizosomy są obecnie uważane za integralną część różnych procesów sygnalizacji komórkowej. procesów sygnalizacji komórkowej. Zróżnicowana funkcjonalność tej pojedynczej organelli wymaga bardzo złożonej i skoordynowanej regulacji jej aktywności. złożonej i skoordynowanej regulacji jego aktywności za pomocą czynnika transkrypcyjnego EB (TFEB), głównym regulatorem biogenezy lizosomów. Jednakże, mechanizmy, za pomocą których TFEB jest regulowany, są słabo poznane. Niniejsze badanie wykazuje, że gemfibrozyl, agonista receptora aktywowanego proliferatorami peroksysomów receptora proliferatorów peroksysomów (PPAR) α, sam i w połączeniu z kwasem all-trans-retinowym jest zdolny do zwiększania TFEB w komórkach mózgu. Zaobserwowaliśmy również, że PPARα, ale nie PPARβ i PPARγ, jest zaangażowany w regulację TFEB za pośrednictwem gemfibrozylu. Test reporterowy i badania immunoprecypitacji chromatyny potwierdziły rekrutację receptora retinoidu X α, PPARα i PGC1α w miejscu wiązania PPAR na promotorze Tfeb. Następnie indukcja TFEB za pośrednictwem leków spowodowała wzrost białka lizosomalnego i obfitości lizosomalnej w komórce. Podsumowując, badanie to wzmacnia związek między biogenezą lizosomalną a metabolizmem lipidów. metabolizm lipidów z TFEB na skrzyżowaniu. Ponadto gemfibrozil może mieć wartość terapeutyczną w leczeniu lizosomalnych zaburzeń spichrzeniowych, w których szlak autofagii-lizosomów odgrywa ważną rolę.
Który czynnik transkrypcyjny jest uważany za główny regulator genów lizosomalnych?
Czynnik transkrypcyjny EB (TFEB) jest głównym regulatorem biogenezy lizosomalnej i autofagii, napędzając adaptację lizosomów do sygnałów środowiskowych, takich jak głód, a zatem celowanie w TFEB może stanowić nową strategię terapeutyczną w modulowaniu funkcji lizosomalnej w chorobach człowieka.