Science背靠背 | 人类疾病基因LYSET对溶酶体酶运输与病毒感染至关重要

溶酶体是细胞的关键降解区室。向溶酶体的转运依赖于 GlcNAc-1-磷酸转移酶介导的可溶性酶与 6-磷酸甘露糖 (mannose 6-phosphate, M6P) 的标记。GlcNAc-1-磷酸转移酶缺乏导致严重的溶酶体贮积症粘脂贮积症 II (mucolipidosis II, MLII)。

2022年9月8日，美国斯坦福大学Jan E. Carette团队和德国汉堡大学Thomas Braulke团队合作，在Science 杂志在线发表题为“The human disease gene LYSET is essential for lysosomal enzyme transport and viral infection”的研究论文。该研究发现溶酶体酶运输因子（Lysosomal Enzyme Trafficking factor, LYSET）对依赖猫蛋白酶的病毒（包括SARS-CoV-2）的感染至关重要。LYSET是M6P运输机制正确运作所需的，而LYSET的突变可以解释MLII相关疾病的表型。

目前，病毒已进化为劫持细胞内吞机制进入细胞。溶酶体组织蛋白酶介导呼肠孤病毒颗粒的逐步蛋白水解分解，这对于感染至关重要。在病毒进入过程中，组织蛋白酶还会切割几种包膜病毒的病毒糖蛋白，从而引发生产性感染。这包括高致病性病毒，包括丝状病毒家族成员埃博拉病毒 (EBOV) 和 SARS-CoV-1、MERS 和 SARS-CoV-2 冠状病毒。因此，这些病毒是溶酶体功能的敏感探针。该研究通过基因组规模的 CRISPR 筛选，确定溶酶体酶运输因子 (LYSET) 对组织蛋白酶依赖性病毒（包括 SARS-CoV-2）的感染至关重要。LYSET 能够通过与 GlcNAc-1-磷酸转移酶结合并将其保留在高尔基体中，缺乏LYSET导致 M6P 标记的全局丢失和 GlcNAc-1-磷酸转移酶从高尔基复合体到溶酶体的错误定位。

Lyset KO 小鼠表现出用于ML-II 疾病相似的特征（图源自Science ）在小鼠中敲除Lyset 基因表现出类似 MLII 的表型，而人类致病性 LYSET 等位基因未能恢复溶酶体分选缺陷。因此，LYSET 是 M6P 运输机制正确运作所必需的，LYSET 中的突变可以解释相关疾病的表型。总的来说，该研究将LYSET 确立为 M6P 介导的溶酶体蛋白运输所必需的高尔基体蛋白。LYSET 与人类疾病有关，因为具有双等位基因 LYSET 突变的患者患有遗传性疾病。基于对 LYSET 在细胞生理学中的作用的阐明，研究人员提出这种疾病与 MLII 相似。此外，作为溶酶体功能的重要组成部分，LYSET 对于依赖于组织蛋白酶内溶酶体激活的多种高致病性病毒的感染至关重要。同期，2022年9月8日，来自德国国家癌症研究中心的Wilhelm Palm团队和奥地利维也纳生物中心的Johannes Zuber团队合作，在Science 杂志在线发表题为“Lysosomal enzyme trafficking factor LYSET enables nutritional usage of extracellular proteins”的研究论文。该研究发现跨膜蛋白LYSET 是细胞消耗细胞外蛋白时所需要的关键成分，LYSET 代表了溶酶体酶运输途径的核心成分，是遗传性溶酶体贮积症发病机制的基础，并可能作为抑制癌症代谢适应的重要靶点。

当营养丰富时，哺乳动物细胞优先通过质膜转运蛋白输入单体氨基酸来满足其对外源氨基酸的需求。然而，循环中的大多数细胞外生物量和细胞外空间都包含在蛋白质中，它可以通过内吞作用和溶酶体分解代谢在细胞内分解成氨基酸。通过利用细胞外蛋白质的丰富营养储备，细胞在饥饿期间维持生物能量和生物合成前体的供应。巨胞饮作用、非选择性内吞途径和溶酶体分解代谢活性被多种致癌信号通路上调，并且在癌症中经常升高。由此产生的细胞外蛋白质摄取和溶酶体分解的增加构成了另一种氨基酸来源，使恶性细胞能够在营养不良的肿瘤环境中生长。营养环境深刻影响哺乳动物细胞的活动和性状。基因筛选有助于在功能上注释哺乳动物基因和识别癌细胞系中特定环境的依赖性，但这种筛选通常是在非生理营养条件下进行的。作为推论，支持细胞通过使用细胞外蛋白质作为营养物质生存和生长的代谢状态的分子途径仍未完全了解。在这项研究中，研究人员通过在确定的营养条件下基于增殖的 CRISPR 筛选，将跨膜蛋白 LYSET 鉴定为溶酶体酶运输途径的核心成分，当细胞消耗细胞外蛋白时选择性地需要这种蛋白。

哺乳动物细胞通过输入单体氨基酸或通过胞外蛋白的内吞作用和溶酶体分解代谢获得外源氨基酸（图源自Science ）进一步研究发现，在高尔基体中的LYSET与 GlcNAc-1-磷酸转移酶相关，后者通过 6-磷酸甘露糖修饰将分解代谢酶靶向溶酶体。在没有 LYSET 的情况下，由于亲水性跨膜结构域，GlcNAc-1-磷酸转移酶不稳定。因此，LYSET 缺陷细胞的溶酶体酶被耗尽，并且巨胞饮和自噬货物的周转受损。总的来说，该研究结果表明，跨膜蛋白LYSET 代表了溶酶体酶运输途径的核心成分，该途径对溶酶体生理学、细胞外蛋白的营养利用和癌症的代谢适应至关重要。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn5648

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn5637

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