Science Advances | 复旦大学王红艳/王陈继发现导致神经元蜡样脂褐质沉积症的调控新机制

溶酶体是细胞降解和能量代谢的中心细胞器。神经元蜡样脂褐质沉积症 (NCL) 是一组最常见的神经退行性溶酶体贮积症，其特征在于神经元中蜡样的细胞内积累。KCTD7 中的突变是一种编码 CUL3-RING E3 泛素连接酶 (CRL3) 复合物接头的基因，被归类为独特的 NCL 亚型。然而，潜在的机制仍然难以捉摸。

2022年8月3日，复旦大学王红艳及王陈继共同通讯在Science Advances 在线发表题为“KCTD7 mutations impair the trafficking of lysosomal enzymes through CLN5 accumulation to cause neuronal ceroid lipofuscinoses”的研究论文，该研究报告了 KCTD7 缺陷细胞中的各种溶酶体和自噬缺陷。从机制上讲，CRL3-KCTD7 复合物会降解 CLN5，而源自患者的 KCTD7 突变会破坏 KCTD7-CUL3 或 KCTD7-CLN5 之间的相互作用，并最终导致 CLN5 的过度积累。

累积的 CLN5 破坏了 CLN6/8 与内质网 (ER) 处的溶酶体酶之间的相互作用，随后损害了溶酶体酶从 ER 到高尔基体的运输。总之，该研究结果揭示了以前未被认识的 KCTD7 介导的 CLN5 蛋白水解在溶酶体稳态中的作用，并证明 KCTD7 和 CLN5 在生化上是相关的，并在共同的神经退行性途径中起作用。

溶酶体具有独特的酸性 pH 值和酸性水解酶，是细胞降解、营养感应、质膜修复、胞吐作用和调节细胞死亡的核心亚细胞器。溶酶体稳态的生理重要性已通过发现 70 多种称为溶酶体贮积症 (LSD) 的遗传性疾病来说明。LSD 的特点是溶酶体功能障碍与溶酶体中未降解物质（蛋白质、脂质、寡糖等）的积累有关。神经变性是大多数 LSD 的突出表现。神经元蜡样脂褐质沉积症 (NCL)，通常称为 Batten 病，是最常见 LSD 的一个亚组。在细胞水平上，NCL 表现出神经元中自发荧光脂质色素（称为蜡样体）的过度积累和进行性神经元丢失。虽然 NCL 亚型的临床症状各不相同，但据报道有几个共同特征，包括癫痫发作、视力丧失、进行性运动和认知能力下降，以及最终的过早死亡。NCL 是由至少 13 个 CLN 基因突变引起的，这些 CLN 基因编码位于内体/溶酶体中的可溶性或跨膜 (TM) 蛋白（CLN1/PPT1、CLN2/TPP1、CLN3、CLN5、CLN7/MFSD8、CLN10/CTSD、CLN12/ATP13A2 和 CLN13 /CTSF)、内质网 (ER) (CLN6 和 CLN8) 和胞质溶胶 (CLN4/DNAJC5 和 CLN14/KCTD7) 或分泌到细胞外空间 (CLN11/GRN)。除DNAJC5突变引起的常染色体显性遗传模型外，NCLs一般由隐性功能丧失突变引起。通常，NCL 中的致病基因突变导致溶酶体酶活性缺陷或溶酶体酶运输受损，从而失调溶酶体稳态。

最大的 E3 亚类是 Cullin-RING 连接酶 (CRL)，它是模块化的多亚基酶，包含数百种不同的 CRL 复合物，具有募集大量底物的能力。CRL3 复合物由 Cullin 3 (CUL3) 和 RING-Box 1 (RBX1) 以及用于底物结合的含有 BTB（BR-C、ttk 和 bab）结构域的衔接蛋白组成。KCTD7 是包含 BTB 结构域的适配器亚家族的成员，称为 KCTD（包含 K+ 通道四聚化结构域的蛋白质）。大多数 KCTD 亚家族成员充当 CRL3 的底物结合受体。

具有 KCTD7 突变的患者首先被诊断为进行性肌阵挛性癫痫 3 型 (EPM3)。随后，患者外周血和皮肤活检中蜡样/脂褐质的病理特征允许将KCTD7突变疾病纳入NCL的一个亚型，并将致病的KCTD7基因命名为CLN14。KCTD7 的 BTB 结构域中的一组患者衍生的错义突变可以破坏 KCTD7 和 CUL3 之间的相互作用，这可能是 CLN14 病例的一个子集。然而，超过一半的源自患者的 KCTD7 突变位于远离 BTB 结构域的位置，这些突变影响 CRL3-KCTD7 复合物形成或底物识别的机制在很大程度上是未知的。CRL3-KCTD7 复合物的生理底物和细胞功能尚未确定，阻碍了潜在治疗策略的建立。

为了描述 KCTD7 突变引起 NCL 的分子机制，该研究结合了 CRISPR-Cas9 介导的基因标记和亲和纯化，然后是质谱 (AP-MS) 来识别潜在的 KCTD7 相互作用伙伴，尤其是蛋白水解底物。该研究发现 KCTD7 作为 CRL3 适配器通过泛素-蛋白酶体途径招募 CLN5 进行降解。KCTD7 缺乏直接导致溶酶体酶运输受损，并最终由于 CLN5 过度积累而导致溶酶体功能障碍。总之，该研究结果揭示了以前未被认识的 KCTD7 介导的 CLN5 蛋白水解在溶酶体稳态中的作用，并证明 KCTD7 和 CLN5 在生化上是相关的，并在共同的神经退行性途径中起作用。

参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm5578

转自： iNature

如有侵权，请联系本站删除！