Изследователите идентифицират нов ген, участващ в рядкото разстройство на лизозомното съхранение

Изследователите идентифицират нов ген, участващ в рядкото разстройство на лизозомното съхранение

Рядко заболяване, наречено муколипидоза тип II, причинява подуване на сърцето и корема и деформация на костите.

Муколипидоза тип II е лизозомно нарушение на натрупването и причинява оток на вътрешните органи и скелетна дисплазия. Децата, диагностицирани с генетично заболяване, често умират преди да навършат седем години. Сега изследователи от Мичиганския университет са идентифицирали нов ген, участващ в заболяването: TMEM251, който е необходим за правилната функция на лизозомите.

Лизозомите са органели във всички клетки в тялото - с изключение на червените кръвни клетки - които са отговорни за абсорбирането и рециклирането на отпадъците, които вашите клетки произвеждат. Ако лизозомата не може да функционира правилно, тя не може да рециклира тези отпадъци и вместо това просто ги съхранява в органела.

Екипът, ръководен от Минг Ли, асистент професор по молекулярна, клетъчна и биология на развитието, откри, че когато TMEM251 е дефектен, той не е в състояние да кодира пътя за ензимите, необходими за правилната функция на лизозомите да се движат в лизозомата. Изследването е публикувано в Nature Communications.

Лизозомите съдържат около 50 до 60 ензима, които усвояват износени клетъчни части и отпадъци извън клетката. Лизозомата също рециклира тези отпадъци – протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати и липиди – обратно в използваем материал. Въпреки това, за да могат тези ензими да се движат в лизозомата, те изискват сигнал, наречен биосинтетичен път на маноза-6-фосфат или M6P.

Това е като пощенска марка. Ензимите трябва да имат този сигнал, за да влязат в лизозомата. Ако нямат M6P, те не могат да влязат в лизозомата. „В резултат на това все още има лизозоми, но нито една от тях не би била функционална, защото им липсват тези ензими.“

Минг Ли, асистент по молекулярна, клетъчна биология и биология на развитието

Лабораторията на Ли изучава лизозомата и по-специално състава на мембранните протеини на лизозомата. Лизозомата има способността да регулира собствените си мембранни протеини, като задейства разграждането на тези протеини чрез процес, наречен убиквитиниране. Този процес позволява на протеините да мигрират от мембраната на лизозомата в органела и да бъдат разградени там. Изследователите също искаха да разберат кои гени са отговорни за функцията на лизозомите и какво се случва, когато тези гени са дефектни.

За да направи това, екипът използва CRISPR нокаут екран, който индивидуално изключва всеки ген в човешкия геном на клетъчно ниво. След това изследователите успяха да проучат какво се случва в лизозомата в отговор на заличаването на всеки ген. По-конкретно, изследователите са търсили гени, които биха могли да бъдат отговорни за разграждането на лизозомата.

Експериментът даде TMEM251.

"Тогава въпросът стана: Защо този ген е толкова важен за човешкото здраве? И защо е толкова важен за лизозомната функция?" каза Ли.

Групата откри, че генът TMEM251 кодира ензим, който активира M6P, път, необходим за повечето от 50 до 60 храносмилателни ензими в лизозомите. При търсене на литература изследователите също откриха документ от 2021 г., който описва подобни на муколипидоза тип II симптоми при хора, които се дължат на дефектен ген TMEM251.

„Нашето откритие отговори на молекулярния механизъм на това ново човешко заболяване“, каза Ли.

Протеинът, кодиран от гена TMEM251, е необходим за активиране на друг ензим, наречен GNPT, който катализира пътя на M6P. Изследователите също така показват, че TMEM251 е локализиран в апарата на Голджи, структура, която образува лизозоми. Това, че двата ензима са разположени в Golgi, отговаря на идеята, че протеините трябва да работят заедно, за да добавят M6P към лизозомните ензими, каза Ли. Изследователите нарекоха TMEM251 фактор на разцепване и активност на GNPT (GCAF).

След това изследователите провериха какво ще се случи, ако изключат гена TMEM251 в рибата зебра. Чрез сравняване на дивия тип риба зебра с рибата зебра, чийто ген TMEM251 е нокаутиран, изследователите успяха да открият дефекти в корема, развитието на скелета и хрущяла и сърцето на рибата зебра.

Съавторът Xi Yang каза, че екипът също така предлага терапевтична стратегия за борба с болестта при хората. Терапията, която е в много ранен стадий, се основава на така наречената „ензимна заместителна терапия“. Изследователите показаха, че когато доставят ензима, съдържащ модификацията M6P, на клетки с дефицит на TMEM251, този ензим успява да навлезе в клетката чрез процес, наречен ендоцитоза, и да бъде доставен до неправилно функционираща лизозома.

„Знаем, че патогенезата на това заболяване идва от липсата на функционална лизозома“, каза Янг, изследователски специалист в лабораторията на Ли. „Тази нокаутирана клетка всъщност може да използва тези ендоцитирани функционални ензими, за да възстанови своята лизозома и да я направи функционална отново. Можете да коригирате дефицита, поне на клетъчно ниво.“

Екипът наскоро получи грант от Националния институт по здравеопазване за по-нататъшно проучване на гена TMEM251, по-специално как ензимът TMEM251 взаимодейства с ензима GNPT, за да улесни образуването на M6P. Екипът също така иска да опише как изглежда TMEM251 на структурно ниво.

Съавторите на статията включват Weichao Zhang, Linchen Yu, Bokai Zhang, Jianchao Zhang, Varsha Venkatarangan, Liang Chen, Sarah Bui и Yanzhuang Wang от UM MCDB. Професорът от MCDB Cunming Duan и постдокторантът Yingxiang Li помогнаха с работата с рибата зебра. Woo Yung Cho се присъедини към екипа от BRCF Microscopy Core към UM Medical School. Бала Бхарати Буругула и Джейкъб Кицман от катедрата по човешка генетика в Медицинското училище на UM също допринесоха.

източник:

Университет на Мичиган

Справка:

Zhang, W., et al. (2022) GCAF(TMEM251) регулира биогенезата на лизозома чрез активиране на маноза-6-фосфатния път. Общуване с природата. doi.org/10.1038/s41467-022-33025-1.

.