Nature子刊：一种疾病蛋白对产生新的溶酶体至关重要

　　

神经元蜡样脂褐质沉积症（NCL）是一组破坏性的神经退行性溶酶体储存疾病，开始于儿童时期。CLN3基因突变导致一种被称为巴顿病的NCL，其特征是视力、运动和认知能力的逐渐丧失。目前还没有针对这些疾病的有效治疗方法，因为大多数导致这些疾病的基因的生物学作用还没有很好地定义。美国贝勒医学院和德克萨斯儿童医院、意大利Telethon遗传与医学研究所和Federico II大学的研究人员发现CLN3对溶酶体生物发生和自噬溶酶体重组(ALR)至关重要，揭示了巴滕病的一种新的发病机制。

溶酶体通过分解各种细胞聚合物和碎片，充当细胞消化器和压实器。溶酶体生物发生是溶酶体从头开始生成所需的关键过程，而ALR是自噬的最后一步，自噬是在饥饿或其他应激条件下诱导的细胞降解过程。溶酶体在自噬的初始阶段被消耗，在长时间饥饿期间通过ALR产生，这是一个由成熟溶酶体形成新的功能溶酶体的过程。在这里，研究小组发现CLN3对新溶酶体的产生至关重要，通过损害新生溶酶体的生物发生和ALR途径，导致无法正常功能的“老化”溶酶体的积累。

这项研究发表在《自然通讯》杂志上，由贝勒学院教授、简和丹·邓肯神经学研究所(Duncan NRI)首席研究员Andrea Ballabio博士和贝勒学院助理教授Alessia Calcagni博士领导。

“考虑到溶酶体的更新和自噬对细胞存活和功能的重要性，这项研究不仅对巴滕病有潜在的深远影响，而且对许多其他由溶酶体运输和储存缺陷引起的疾病也有潜在的深远影响，”Ballabio博士说。

CLN3通过高尔基复合体到达溶酶体

缺乏可靠的工具来研究CLN3一直是研究人员研究巴顿病的一个障碍，因此，该团队首先产生了一种新的CLN3抗体。令他们惊讶的是，他们发现CLN3不仅像之前认为的那样存在于溶酶体中，而且在首次合成时，它通过高尔基复合体，在到达最终目的地溶酶体之前获得了几次修饰。

CLN3缺失导致无功能溶酶体增大

接下来，为了探索CLN3的生物学作用，他们进行了相互作用组分析，以确定与CLN3结合的所有蛋白质。这些实验揭示了它的几个伙伴是参与细胞内运输途径和新溶酶体形成的蛋白质，这表明它可能在这些过程中发挥重要作用。

一种溶酶体分选蛋白，阳离子非依赖性甘露糖-6-磷酸受体(CI-M6PR)被发现是CLN3最富集的相互作用物之一。大多数溶酶体酶获得甘露糖-6-磷酸残基作为“地址标签”，然后被特定的甘露糖-6-磷酸受体(类似于“递送人”)识别，并被路由到正确的内溶酶体腔室(“目的地”)。

有趣的是，他们发现CLN3的缺失导致CI-M6PR本身被错误地分选到被降解的溶酶体上。正如预期的那样，这破坏了溶酶体的生物发生。新的溶酶体显示出几种降解酶的整体耗竭。此外，CLN3的缺失导致溶酶体增大，参与自噬的各种中间体聚集，这是ALR和溶酶体功能受损的一个特征。

在cln3缺失的细胞中，由于CI-M6PR的错误分选导致的溶酶体降解缺陷，在饥饿期间破坏了溶酶体的初始消耗和重组，从而阻断了ALR，从而抑制了自噬。

CI-M6PR对cln3介导的ALR至关重要

当研究人员在缺乏CLN3基因的细胞中过表达CLN3时，导致溶酶体数量大幅增加，特别是在长时间饥饿期间，溶酶体尺寸减小，溶酶体酶水平升高，并促进自噬依赖性新溶酶体的形成。相反，沉默CI-M6PR完全消除了cln3介导的溶酶体的管化和重组。

Alessia Calcagni博士说:“我们希望确切地知道CLN3如何影响溶酶体功能将有助于我们和其他人在未来确定治疗巴顿病的有效方法。”“此外，这项研究表明，ALR损伤和溶酶体降解能力的整体降低可能是其他ncl的潜在原因，这对未来的测试很重要。”