Tyrėjai nustato naują geną, susijusį su retu lizosomų saugojimo sutrikimu

Tyrėjai nustato naują geną, susijusį su retu lizosomų saugojimo sutrikimu

Dėl retos ligos, vadinamos II tipo mukolipidoze, tinsta širdis ir pilvas, deformuojasi kaulai.

II tipo mukolipidozė yra lizosomų kaupimosi sutrikimas, sukeliantis vidaus organų edemą ir skeleto displaziją. Vaikai, kuriems diagnozuota genetinė liga, dažnai miršta nesulaukę septynerių metų. Dabar Mičigano universiteto mokslininkai nustatė naują geną, susijusį su liga: TMEM251, kuris yra būtinas tinkamai lizosomų funkcijai.

Lizosomos yra organelės visose kūno ląstelėse, išskyrus raudonuosius kraujo kūnelius, kurios yra atsakingos už jūsų ląstelių gaminamų atliekų absorbciją ir perdirbimą. Jei lizosoma negali tinkamai funkcionuoti, ji negali perdirbti šių atliekų ir tiesiog kaupia jas organelėje.

Komanda, vadovaujama Ming Li, molekulinės, ląstelių ir vystymosi biologijos profesoriaus, atrado, kad kai TMEM251 yra sugedęs, jis negali užkoduoti fermentų, reikalingų tinkamai lizosomų funkcijai, judėjimo lizosomoje. Tyrimas buvo paskelbtas Nature Communications.

Lizosomose yra apie 50–60 fermentų, kurie virškina susidėvėjusias ląstelės dalis ir atliekas iš išorės. Lizosoma taip pat perdirba šias atliekas – baltymus, nukleino rūgštis, angliavandenius ir lipidus – atgal į tinkamas medžiagas. Tačiau norint, kad šie fermentai judėtų lizosomoje, jiems reikalingas signalas, vadinamas manozės-6-fosfato biosintezės keliu arba M6P.

Tai tarsi pašto ženklas. Fermentai turi turėti šį signalą, kad patektų į lizosomą. Jei jie neturi M6P, jie negali patekti į lizosomą. „Dėl to vis dar yra lizosomų, tačiau nė viena iš jų nebūtų funkcionali, nes joms trūksta šių fermentų.

Ming Li, molekulinės, ląstelių ir vystymosi biologijos docentas

Li laboratorija tiria lizosomas ir ypač lizosomos membranos baltymų sudėtį. Lizosoma turi galimybę reguliuoti savo membranos baltymus, sukeldama šių baltymų skilimą per procesą, vadinamą ubikvitinacija. Šis procesas leidžia baltymams migruoti iš lizosomos membranos į organelę ir ten suskaidyti. Tyrėjai taip pat norėjo suprasti, kurie genai yra atsakingi už lizosomų funkciją ir kas atsitinka, kai šie genai yra sugedę.

Norėdami tai padaryti, komanda naudojo CRISPR išjungimo ekraną, kuris atskirai išjungė kiekvieną žmogaus genomo geną ląstelių lygiu. Tada mokslininkai galėjo ištirti, kas vyksta lizosomoje, reaguojant į kiekvieno geno ištrynimą. Tiksliau, tyrėjai ieškojo genų, kurie galėtų būti atsakingi už lizosomų skilimą.

Eksperimentas davė TMEM251.

"Tada iškilo klausimas: kodėl šis genas toks svarbus žmogaus sveikatai? Ir kodėl jis toks svarbus lizosomų funkcijai?" Li pasakė.

Grupė išsiaiškino, kad TMEM251 genas koduoja fermentą, kuris aktyvuoja M6P – kelią, kurio reikia daugumai 50–60 virškinimo fermentų lizosomose. Literatūros paieškoje mokslininkai taip pat rado 2021 m. paskelbtą dokumentą, kuriame aprašyti II tipo mukolipidozės simptomai žmonėms, atsirandantys dėl TMEM251 geno defektų.

"Mūsų atradimas atsakė į šios naujos žmogaus ligos molekulinį mechanizmą", - sakė Li.

TMEM251 geno koduotas baltymas reikalingas, kad aktyvuotų kitą fermentą, vadinamą GNPT, kuris katalizuoja M6P kelią. Tyrėjai taip pat parodė, kad TMEM251 yra lokalizuotas Golgi aparate, struktūroje, kuri sudaro lizosomas. Tai, kad šie du fermentai yra Golgi, atitinka mintį, kad baltymai turi veikti kartu, kad pridėtų M6P į lizosomų fermentus, sakė Li. Tyrėjai pavadino TMEM251 GNPT skilimo ir aktyvumo faktoriumi (GCAF).

Tada tyrėjai patikrino, kas atsitiktų, jei zebrafijoje išjungtų TMEM251 geną. Palyginus laukinio tipo zebražuvį su zebražuve, kurios TMEM251 genas buvo išmuštas, mokslininkai sugebėjo aptikti zebražuvės pilvo, skeleto ir kremzlių vystymosi bei širdies defektus.

Bendraautorius Xi Yangas sakė, kad komanda taip pat siūlo terapinę strategiją kovai su žmonių liga. Terapija, kuri yra labai ankstyvoje stadijoje, yra pagrįsta vadinamąja „pakaitine fermentų terapija“. Tyrėjai parodė, kad kai jie pristatė fermentą, turintį M6P modifikaciją į TMEM251 trūkumo ląsteles, šis fermentas galėjo patekti į ląstelę per procesą, vadinamą endocitoze, ir būti pristatytas į netinkamai veikiančią lizosomą.

„Žinome, kad šios ligos patogenezė kyla dėl to, kad nėra funkcionalios lizosomos“, – sakė Li laboratorijos tyrimų specialistas Yangas. "Ši išmušta ląstelė iš tikrųjų gali naudoti šiuos endocituotus funkcinius fermentus, kad atkurtų savo lizosomą ir vėl veiktų. Galite ištaisyti trūkumą, bent jau ląstelių lygmeniu."

Neseniai komanda gavo dotaciją iš Nacionalinių sveikatos institutų, kad galėtų toliau tirti TMEM251 geną, konkrečiai kaip TMEM251 fermentas sąveikauja su GNPT fermentu, kad palengvintų M6P susidarymą. Komanda taip pat nori apibūdinti, kaip TMEM251 atrodo struktūriniu lygmeniu.

Straipsnio bendraautoriai yra Weichao Zhang, Linchen Yu, Bokai Zhang, Jianchao Zhang, Varsha Venkatarangan, Liang Chen, Sarah Bui ir Yanzhuang Wang iš UM MCDB. MCDB profesorius Cunmingas Duanas ir doktorantas Yingxiang Li padėjo dirbti su zebrafiu. Woo Yung Cho prisijungė prie komandos iš BRCF mikroskopijos branduolio UM medicinos mokykloje. Taip pat prisidėjo Bala Bharathi Burugula ir Jacobas Kitzmanas iš UM medicinos mokyklos Žmogaus genetikos katedros.

Šaltinis:

Mičigano universitetas

Nuoroda:

Zhang, W. ir kt. (2022) GCAF (TMEM251) reguliuoja lizosomų biogenezę aktyvindamas manozės-6-fosfato kelią. Gamtos bendravimas. doi.org/10.1038/s41467-022-33025-1.

.