Lysosomen är en sur intracellulär organell som är avgörande för nedbrytning av olika cellulära komponenter. Vid lysosomal membranskada frisätts lysosomala hydrolaser i cytosolen och inducerar stresssvar eller celldöd. Här visar vi att ett nyligen identifierat proteinkomplex känner igen skadade lysosomer och ubiquitinerar ett substrat, LAMP2. Denna igenkänning inducerar selektiv autofagi. Kredit:Keisuke Tabata
Autofagi är en självnedbrytningsprocess som celler använder för att ta bort onödiga eller skadade komponenter. Det finns flera former av autofagi, inklusive makroautofagi, som är ett bulknedbrytningssystem som används för att rikta material i cellens cytosol till organeller som kallas lysosomer för enzymatisk nedbrytning. Men även lysosomer i sig behöver ibland brytas ned. Nyligen undersökte forskare vid Osaka University de specifika molekylära detaljerna om hur skadade lysosomer väljs ut och markeras för clearance.
I en nyligen publicerad artikel i Cell Reports , beskrev teamet en process som kallas lysofagi, den specifika formen av selektiv autofagi som ansvarar för att rensa bort skadade lysosomer. Tidigare studier har visat att ämnen som toxiner, lipider och kolesterol eller uratkristaller kan spricka lysosomer. Förutom att göra organellen dysfunktionell kan denna skada också inducera oxidativ stress och inflammation som kan leda till sjukdomsutveckling. Därför använder cellen lysofagi för att ta itu med detta. Men de mekanismer som styr hur celler kan känna igen de skadade lysosomerna och rikta dem mot nedbrytning är inte helt klarlagda.
"Vi vet från tidigare undersökningar att lysosomer kan märkas av ett specifikt enzym, SCFFBXO27 genom en process som kallas polyubiquitination", säger en av huvudförfattarna, Hirofumi Teranishi. "Uttryck av SCFFBXO27 har bara observerats i hjärn- och muskelvävnader, så vi antog att ett annat mer allmänt förekommande enzym måste existera för lysofagi i andra celltyper."
Teamet använde polystyrenpärlor belagda med ett reagens som kunde inducera endosomal skada och sedan ubiquitineras. De isolerade sedan pärlorna genom centrifugering och använde en metod som kallas masspektrometri för att identifiera de proteiner som är associerade med dem, vilket slutligen minskade listan till 123 proteiner.
"Med hjälp av molekylära tekniker där vi kunde slå ner uttrycket av dessa olika proteiner, fann vi att proteiner som kallas CUL4A, DDB1 och WDFY1 utgör ett komplex som svarar på lysosomala skador", förklarar Maho Hamasaki, senior författare till studien.
Ytterligare karakterisering indikerade att detta komplex verkar preferentiellt under lysofagi och underlättar tillägget av ubiquitinmolekylerna. WDFY1-proteinet behövs för att specifikt känna igen de skadade lysosomerna.
"Vi undrade sedan vilken del av lysosomen som känns igen av detta proteinkomplex", säger Teranishi. "Många lysosomala proteiner undersöktes, tills vi fann att LAMP2 var den som är ubiquitinerad av CUL4A-komplexet."
Teamet fann också att närvaron av LAMP2 och dess interaktion med WDFY1 är avgörande för att initiera lysofagiprocessen. Sammantaget ger dessa fynd kritiska insikter i de molekylära mekanismer som är centrala för lysofagi. Detta kan också hjälpa till att bekämpa sjukdomar där denna process är oreglerad. I framtiden planerar forskarna att bestämma mer exakta detaljer om hur CUL4A-komplexet känner igen LAMP2. + Utforska vidare
