Cercetătorii identifică o nouă genă implicată în tulburarea rară de stocare lizozomală

Cercetătorii identifică o nouă genă implicată în tulburarea rară de stocare lizozomală

O boală rară numită mucolipidoză de tip II provoacă umflarea inimii și abdomenului și deformarea oaselor.

Mucolipidoza tip II este o tulburare de stocare lizozomală și provoacă edem ale organelor interne și displazie scheletică. Copiii diagnosticați cu boală genetică mor adesea înainte de a împlini vârsta de șapte ani. Acum, cercetătorii de la Universitatea din Michigan au identificat o nouă genă implicată în boală: TMEM251, care este necesară pentru funcționarea corectă a lizozomilor.

Lizozomii sunt organite din toate celulele corpului - cu excepția celulelor roșii din sânge - care sunt responsabile pentru absorbția și reciclarea deșeurilor pe care celulele dumneavoastră le produc. Dacă lizozomul nu poate funcționa corect, nu poate recicla aceste deșeuri și, în schimb, le stochează pur și simplu în organele.

Echipa, condusă de Ming Li, profesor asistent de biologie moleculară, celulară și de dezvoltare, a descoperit că, atunci când TMEM251 este defect, nu poate codifica calea pentru enzimele necesare pentru funcționarea corectă a lizozomilor să se deplaseze în lizozom. Studiul a fost publicat în Nature Communications.

Lizozomii conțin aproximativ 50 până la 60 de enzime care digeră părțile uzate ale celulelor și deșeurile din exteriorul celulei. De asemenea, lizozomul reciclează aceste deșeuri - proteine, acizi nucleici, carbohidrați și lipide - înapoi în material utilizabil. Cu toate acestea, pentru ca aceste enzime să se deplaseze în interiorul lizozomului, ele necesită un semnal numit calea biosintetică manoză-6-fosfat sau M6P.

Este ca un timbru poștal. Enzimele trebuie să aibă acest semnal pentru a intra în lizozom. Dacă nu au M6P, nu pot intra în lizozom. „Ca urmare, există încă lizozomi, dar niciunul dintre ei nu ar fi funcțional, deoarece le lipsesc aceste enzime.”

Ming Li, profesor asistent de biologie moleculară, celulară și de dezvoltare

Laboratorul lui Li studiază lizozomul și, în special, compoziția proteinelor membranei lizozomului. Lizozomul are capacitatea de a-și regla propriile proteine ​​​​de membrană declanșând descompunerea acestor proteine ​​printr-un proces numit ubiquitinare. Acest proces permite proteinelor să migreze din membrana lizozomului în organele și să fie descompuse acolo. Cercetătorii au vrut, de asemenea, să înțeleagă care gene sunt responsabile pentru funcția lizozomului și ce se întâmplă atunci când aceste gene sunt defecte.

Pentru a face acest lucru, echipa a folosit un ecran knockout CRISPR care a dezactivat individual fiecare genă din genomul uman la nivel celular. Cercetătorii au putut apoi să examineze ce se întâmplă în lizozom ca răspuns la ștergerea fiecărei gene. Mai exact, cercetătorii au căutat gene care ar putea fi responsabile pentru defalcarea lizozomului.

Experimentul a dat TMEM251.

"Atunci întrebarea a devenit: de ce este această genă atât de importantă pentru sănătatea umană? Și de ce este atât de importantă pentru funcția lizozomală?" spuse Li.

Grupul a descoperit că gena TMEM251 codifică o enzimă care activează M6P, o cale cerută de majoritatea celor 50 până la 60 de enzime digestive din lizozomi. Într-o căutare în literatură, cercetătorii au găsit, de asemenea, o lucrare din 2021 care descria simptome asemănătoare mucolipidozei de tip II la oameni, care se datorează unei gene TMEM251 defectuoase.

„Descoperirea noastră a răspuns mecanismului molecular al acestei noi boli umane”, a spus Li.

Proteina codificată de gena TMEM251 este necesară pentru a activa o altă enzimă numită GNPT, care catalizează calea M6P. Cercetătorii au arătat, de asemenea, că TMEM251 este localizat în aparatul Golgi, o structură care formează lizozomi. Că cele două enzime sunt situate la Golgi se potrivește cu ideea că proteinele trebuie să lucreze împreună pentru a adăuga M6P la enzimele lizozomale, a spus Li. Cercetătorii au numit TMEM251 factorul de clivaj și activitate GNPT (GCAF).

Cercetătorii au verificat apoi ce s-ar întâmpla dacă ar dezactiva gena TMEM251 la peștele zebra. Comparând peștele zebra de tip sălbatic cu peștele zebra a cărui genă TMEM251 a fost eliminată, cercetătorii au reușit să detecteze defecte în abdomenul peștelui zebra, dezvoltarea scheletului și cartilajului și inimii.

Co-autorul Xi Yang a spus că echipa propune, de asemenea, o strategie terapeutică pentru combaterea bolii la om. Terapia, aflată într-un stadiu foarte incipient, se bazează pe așa-numita „terapie de substituție enzimatică”. Cercetătorii au arătat că atunci când au livrat enzima care conține modificarea M6P celulelor cu deficit de TMEM251, această enzimă a fost capabilă să intre în celulă printr-un proces numit endocitoză și să fie livrată la un lizozom care funcționează defectuos.

„Știm că patogeneza acestei boli vine din lipsa unui lizozom funcțional”, a spus Yang, un specialist în cercetare în laboratorul lui Li. „Această celulă knockout poate folosi de fapt aceste enzime funcționale endocitozate pentru a-și reconstrui lizozomul și a-l face din nou funcțional. Puteți corecta deficiența, cel puțin la nivel celular”.

Echipa a primit recent o subvenție de la National Institutes of Health pentru a studia în continuare gena TMEM251, în special modul în care enzima TMEM251 interacționează cu enzima GNPT pentru a facilita formarea M6P. Echipa dorește, de asemenea, să descrie cum arată TMEM251 la nivel structural.

Co-autori ai lucrării includ Weichao Zhang, Linchen Yu, Bokai Zhang, Jianchao Zhang, Varsha Venkatarangan, Liang Chen, Sarah Bui și Yanzhuang Wang de la UM MCDB. Profesorul MCDB Cunming Duan și colegul postdoctoral Yingxiang Li au ajutat la munca peștelui zebră. Woo Yung Cho s-a alăturat echipei de la BRCF Microscopy Core de la UM Medical School. Au contribuit și Bala Bharathi Burugula și Jacob Kitzman de la Departamentul de Genetică Umană de la UM Medical School.

Sursă:

Universitatea din Michigan

Referinţă:

Zhang, W., şi colab. (2022) GCAF(TMEM251) reglează biogeneza lizozomului prin activarea căii manoze-6-fosfat. Comunicarea naturii. doi.org/10.1038/s41467-022-33025-1.

.