Autophagy | 浙江大学徐浩新团队揭示调节溶酶体pH的关键机制

溶酶体内的酸性环境维持在一个狭窄的 pH 范围 (pH 4.5-5.0) 内，这对于消化自噬性货物大分子是最佳的，因此可以重复使用产生的构件代谢物。这种 pH 稳态是由 V 型 H+ 转运 ATP 酶 (V-ATP 酶) 产生的质子流入和通过未知“泄漏”途径快速质子流出的结果。

2022年9月18日，浙江大学与良渚实验室双聘教授和美国密歇根大学生物系客座教授徐浩新团队在Autophagy 杂志在线发表题为“The Acid Gate in the Lysosome”的研究论文，该研究发现 TMEM175 基因编码溶酶体“H+ 泄漏”电流所需的质子激活质子选择性通道 (LyPAP)，当溶酶体过度酸化时，LyPAP 的活性最为活跃，缺乏 TMEM175 的细胞表现出溶酶体过度酸化和蛋白水解降解受损，这两者都可以通过使用药物优化溶酶体 pH 值来恢复。与帕金森病 (Parkinson disease, PD) 易感性相关的 TMEM175 变体导致 TMEM175 依赖性 LyPAP 电流和溶酶体过度酸化减少。总之，这项研究不仅揭示了溶酶体中必不可少的H+ 耗散途径，而且还提供了调节 pH 依赖性溶酶体功能和相关病理的分子靶点。

大多数溶酶体水解酶在被输送到溶酶体腔之前具有最小的活性，因此它们在生物合成途径中不起作用。自噬和溶酶体水解酶的正常活动所需的溶酶体最佳 pH 值（pH 4.5 至 5.0）是通过平衡 V-ATP 酶产生的质子流入来维持的，质子通过未知的“H+泄漏”途径流出。最近一项研究鉴定到 TMEM175作为 VATP 酶的“舞伴”，这是帕金森病 (PD) 最突出的遗传风险因素之一，之前被表征为组成型活性 K+ 通道，作为溶酶体“H+泄漏”的分子决定因素。在生理条件下（pH 4.5-5.0），TMEM175 对 H+ 的渗透性比对 K+ 或 Na+ 的渗透性高约 105 倍，因此在溶酶体中充当真正的质子选择性通道。TMEM175 过表达时溶酶体 H+ 泄漏电流显著增加，但在 TMEM175 基因失活（即通过敲除）时则消失。那么TMEM175 如何激活或门控？该研究发现TMEM175 不是作为非门控“K+泄漏”通道，而是由腔侧质子、内源性多饱和脂肪脂质（花生四烯酸，ArA）和两种合成化学物质激活。通过使用多组对 pH 敏感的腔内染料测量溶酶体 pH，表明 ArA 和合成激动剂均以 TMEM175 依赖性方式调节溶酶体 pH。一致地，虽然 TMEM175 的过表达导致溶酶体碱化，但 TMEM175 的敲除导致溶酶体过度酸化。作为溶酶体质子激活的质子选择性通道 (LyPAP)，TMEM175 通过经典的负反馈回路机制调节溶酶体 pH 设定点。 TMEM175 将传感器和响应元件集成在一种蛋白质中，这样溶酶体 pH 设定点可作为 TMEM175 在内源性环境中激活的“阈值”pH。随着管腔 pH 值下降，TMEM175 的质子通道活性显著增加。当 TMEM175 被基因删除时，溶酶体过度（过度）酸化约 0.4 个 pH 单位，这是由于不受阻碍的 V-ATP 酶介导的 H+ 泵送，导致溶酶体 pH 设定点的酸性转变。相反，TMEM175 的化学活化导致溶酶体质子释放，以及溶酶体 pH 设定点的碱性转变。因此，TMEM175 在调节溶酶体 pH 稳态中起重要作用。

由于溶酶体 pH 值的改变不仅会导致 PD 病理学，而且还会导致阿尔茨海默病和许多溶酶体贮积病中的有毒蛋白质聚集和神经变性。这项研究鉴定了调节溶酶体 pH 设定点、最佳值和稳态的小分子 TMEM175 调节剂，可能为开发神经退行性疾病的疗法提供概念和分子基础。此外，作为细胞生物学中的基本分子装置，TMEM175介导的溶酶体酸化机制的发现也可能对许多其他领域产生影响。 例如，据报道，溶酶体在 SARS-CoV-2 感染的细胞中被脱酸。因此，该研究对溶酶体质子通道的识别和基于成像的高通量筛选分析的开发可能在基础和临床研究中都具有重要意义。

原文链接：https://doi.org/10.1080/15548627.2022.2125629

转自：“iNature”微信公众号

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