Teadlased tuvastavad uue geeni, mis on seotud haruldase lüsosomaalse säilitushäirega

Teadlased tuvastavad uue geeni, mis on seotud haruldase lüsosomaalse säilitushäirega

Haruldane haigus, mida nimetatakse II tüüpi mukolipidoosiks, põhjustab südame ja kõhu turset ning luude deformeerumist.

II tüüpi mukolipidoos on lüsosomaalne ladustamishäire ja põhjustab siseorganite turset ja skeleti düsplaasiat. Lapsed, kellel on diagnoositud geneetiline haigus, surevad sageli enne seitsmeaastaseks saamist. Nüüd on Michigani ülikooli teadlased tuvastanud uue haigusega seotud geeni: TMEM251, mis on vajalik lüsosoomide korrektseks toimimiseks.

Lüsosoomid on organellid kõigis keharakkudes, välja arvatud punased verelibled, mis vastutavad teie rakkude tekitatud jäätmete absorbeerimise ja taaskasutamise eest. Kui lüsosoom ei saa korralikult toimida, ei saa see jäätmeid taaskasutada ja selle asemel salvestab need lihtsalt organellidesse.

Molekulaar-, raku- ja arengubioloogia abiprofessori Ming Li juhitud meeskond avastas, et kui TMEM251 on defektne, ei suuda see kodeerida lüsosoomide õigeks toimimiseks vajalike ensüümide rada lüsosoomi sees liikumiseks. Uuring avaldati ajakirjas Nature Communications.

Lüsosoomid sisaldavad umbes 50–60 ensüümi, mis seedivad kulunud rakuosi ja rakku väljastpoolt tulevaid jäätmeid. Lüsosoom taaskasutab ka need jäätmed – valgud, nukleiinhapped, süsivesikud ja lipiidid – tagasi kasutatavaks materjaliks. Kuid selleks, et need ensüümid saaksid lüsosoomis liikuda, vajavad nad signaali, mida nimetatakse mannoos-6-fosfaadi biosünteesirajaks või M6P-ks.

See on nagu postmark. Lüsosoomi sisenemiseks peab ensüümidel olema see signaal. Kui neil pole M6P-d, ei saa nad lüsosoomi sattuda. "Selle tulemusena on veel lüsosoome, kuid ükski neist ei oleks funktsionaalne, kuna neil puuduvad need ensüümid."

Ming Li, molekulaar-, raku- ja arengubioloogia dotsent

Li laboris uuritakse lüsosoomi ja eelkõige lüsosoomi membraanivalkude koostist. Lüsosoomil on võime reguleerida oma membraanivalke, käivitades nende valkude lagunemise protsessi, mida nimetatakse ubikvitineerimiseks. See protsess võimaldab valkudel migreeruda lüsosoomimembraanilt organellidesse ja seal laguneda. Teadlased soovisid ka mõista, millised geenid vastutavad lüsosoomi funktsiooni eest ja mis juhtub, kui need geenid on defektsed.

Selleks kasutas töörühm CRISPR-i väljalülitusekraani, mis lülitas rakutasandil individuaalselt välja iga geeni inimese genoomis. Seejärel said teadlased uurida, mis juhtub lüsosoomis vastusena iga geeni deletsioonile. Täpsemalt otsisid teadlased geene, mis võivad olla vastutavad lüsosoomi lagunemise eest.

Katse andis TMEM251.

"Siis tekkis küsimus: miks on see geen inimese tervisele nii oluline? Ja miks on see lüsosomaalse funktsiooni jaoks nii oluline?" ütles Li.

Rühm avastas, et TMEM251 geen kodeerib ensüümi, mis aktiveerib M6P - rada, mida vajab enamik lüsosoomides leiduvast 50–60 seedeensüümist. Uurides kirjandust, leidsid teadlased ka 2021. aasta artikli, mis kirjeldas II tüüpi mukolipidoosi sarnaseid sümptomeid inimestel, mis on tingitud defektsest TMEM251 geenist.

"Meie avastus vastas selle uue inimese haiguse molekulaarsele mehhanismile, " ütles Li.

TMEM251 geeni poolt kodeeritud valk on vajalik teise ensüümi GNPT aktiveerimiseks, mis katalüüsib M6P rada. Uurijad näitasid ka, et TMEM251 paikneb Golgi aparaadis, struktuuris, mis moodustab lüsosoome. See, et kaks ensüümi asuvad Golgis, sobib ideega, et valgud peavad töötama koos, et lisada M6P lüsosomaalsetele ensüümidele, ütles Li. Teadlased nimetasid TMEM251 GNPT lõhustamis- ja aktiivsusfaktoriks (GCAF).

Seejärel kontrollisid teadlased, mis juhtuks, kui nad sebrakala TMEM251 geeni välja lülitaksid. Võrreldes metsikut tüüpi sebrakala sebrakalaga, kelle TMEM251 geen oli välja kukkunud, suutsid teadlased tuvastada defekte sebrakala kõhus, luustiku ja kõhre arengus ning südames.

Kaasautor Xi Yang ütles, et meeskond pakub välja ka terapeutilise strateegia inimeste haiguse vastu võitlemiseks. Väga varajases staadiumis olev teraapia põhineb nn ensüümasendusravil. Teadlased näitasid, et kui nad toimetasid M6P modifikatsiooni sisaldava ensüümi TMEM251-puudulikesse rakkudesse, suutis see ensüüm siseneda rakku läbi protsessi, mida nimetatakse endotsütoosiks, ja toimetada valesti töötavasse lüsosoomi.

"Me teame, et selle haiguse patogenees tuleneb funktsionaalse lüsosoomi puudumisest," ütles Li labori uurimisspetsialist Yang. "See knockout rakk saab tegelikult kasutada neid endotsütoositud funktsionaalseid ensüüme oma lüsosoomi taastamiseks ja selle taas funktsionaalseks muutmiseks. Saate defitsiidi parandada, vähemalt raku tasandil."

Meeskond sai hiljuti riiklikelt tervishoiuinstituutidelt toetuse TMEM251 geeni edasiseks uurimiseks, täpsemalt kuidas TMEM251 ensüüm interakteerub GNPT ensüümiga, et hõlbustada M6P moodustumist. Meeskond soovib kirjeldada ka seda, kuidas TMEM251 struktuursel tasandil välja näeb.

Töö kaasautorite hulka kuuluvad Weichao Zhang, Linchen Yu, Bokai Zhang, Jianchao Zhang, Varsha Venkatarangan, Liang Chen, Sarah Bui ja Yanzhuang Wang UM MCDB-st. MCDB professor Cunming Duan ja järeldoktor Yingxiang Li aitasid sebrakaladega tegeleda. Woo Yung Cho liitus UM meditsiinikooli BRCF mikroskoopia tuuma meeskonnaga. Oma panuse andsid ka Bala Bharathi Burugula ja Jacob Kitzman UM meditsiinikooli inimgeneetika osakonnast.

Allikas:

Michigani ülikool

Viide:

Zhang, W. et al. (2022) GCAF (TMEM251) reguleerib lüsosoomi biogeneesi mannoos-6-fosfaadi raja aktiveerimise kaudu. Loodussuhtlus. doi.org/10.1038/s41467-022-33025-1.

.