Nat Cell Biol | CHIP介导的微自噬改善CLN4突变诱导的溶酶体损伤

摘要：神经元蜡样脂褐质沉积症(CLN) 是一组遗传性溶酶体储存疾病(LSD)，主要表现为大量神经退行性病变【1, 2】。CLN疾病的共同病理特征是在神经元和非神经元细胞中积累自荧光性脂色素，如蜡样或脂褐质。尽管CLN疾病会影响多个组织，但主要症状集中在中枢神经系统。

撰文 | 格格

神经元蜡样脂褐质沉积症(CLN) 是一组遗传性溶酶体储存疾病(LSD)，主要表现为大量神经退行性病变【1, 2】。CLN疾病的共同病理特征是在神经元和非神经元细胞中积累自荧光性脂色素，如蜡样或脂褐质。尽管CLN疾病会影响多个组织，但主要症状集中在中枢神经系统。其中，CLN4疾病，也称为库夫斯病，是由DNAJC5基因的显性突变引起的【3, 4】。DNAJC5编码 DnaJ/Hsp40家族分子伴侣蛋白，参与蛋白质折叠和细胞稳态调节。CLN4突变导致DNAJC5棕榈酰化受损，从而使其更容易聚集。这些突变还破坏了DNAJC5与高尔基体的关联，导致其非经典蛋白分泌活性丧失，而与溶酶体的关联增强。尽管CLN4突变蛋白的生化特性已被广泛研究，但其导致脂褐质沉积和神经元细胞死亡的机制尚不清楚。

近日，来自美国NIH糖尿病、消化和肾病研究所的Yihong Ye研究团队在Nature Cell Biology杂志发表题为CHIP protects lysosomes from CLN4 mutant-induced membrane damage的研究论文，该研究旨在通过分析携带CLN4基因突变的人类iPSC衍神经元，结合体外实验和基因组范围CRISPR筛选，首次揭示了CHIP在微自噬途径中的作用，该途径对溶酶体损伤控制至关重要。

研究人员首先利用CRISPR技术构建了携带CLN4基因L115R或L116Δ突变的人类iPSC来源的神经元模型 (i3Neurons)。研究发现，突变神经元中DNAJC5蛋白发生聚集，并表现出显著的溶酶体异常，包括溶酶体数量减少、酸性降低、蛋白酶活性下降以及溶酶体膜损伤等。透射电镜观察显示，突变神经元中存在大量巨噬溶酶体，其膜结构粗糙或破裂，并伴有自体荧光储存物质的积累。这些结果表明，CLN4突变导致溶酶体损伤，进而引发神经元损伤。为了进一步验证CLN4突变体是否具有溶酶体损伤活性，研究人员开发了一种体外实验，利用半透化细胞模型模拟溶酶体暴露于突变体蛋白的情况。结果显示，CLN4突变体能够特异性地降低溶酶体标记信号，表明其具有溶酶体损伤活性。

由于非神经元细胞中未见溶酶体损伤，研究人员推测细胞可能存在某种机制来清除CLN4 突变体蛋白，以防止其毒性作用。研究发现，CLN4突变体蛋白能够诱导溶酶体上的泛素化，并招募ESCRT复合物，从而激活微自噬途径。利用Keima标签技术，研究人员发现 DNAJC5 和CLN4突变体蛋白均能够转运至溶酶体中，并被降解。这些结果表明，Ub-和ESCRT依赖性微自噬途径能够清除CLN4突变体蛋白，保护溶酶体免受损伤。为了验证微自噬在保护溶酶体免受CLN4突变体蛋白损伤中的作用，研究人员利用微自噬抑制剂处理细胞，发现溶酶体损伤标志物表达增加，溶酶体膜通透性增加，细胞死亡率升高。

为了寻找保护溶酶体的关键因子，研究人员进行了基因组范围CRISPR筛选，并发现CHIP 基因的表达与溶酶体完整性密切相关。进一步研究发现，CHIP能够与DNAJC5和CLN4突变体蛋白结合，并促进其泛素化，进而通过微自噬途径进行降解。此外，CHIP 敲除导致溶酶体上的泛素化和ESCRT招募减少，溶酶体损伤加重。这些结果表明，CHIP介导的微自噬途径是保护溶酶体免受CLN4突变体蛋白损伤的关键机制。

为了验证CHIP在体内模型中的作用，研究人员构建了携带人类CLN4突变基因的果蝇模型。研究发现，过表达dCHIP能够降低hL116Δ蛋白水平，减少脂褐质积累，降低细胞死亡率，并改善果蝇眼部表型。这些结果表明，CHIP能够有效改善 CLN4 疾病模型中的溶酶体功能和细胞活力。最后，研究人员阐明CHIP的作用机制。研究发现，Tsg101敲低能够逆转 dCHIP对hL116Δ蛋白水平的下调作用，并加剧果蝇眼部表型。这些结果表明，CHIP可能通过ESCRT依赖性微自噬途径来降解hL116Δ蛋白，从而发挥神经保护作用。

图一 CHIP介导的泛素化与微自噬在对抗CLN4突变引起的溶酶体损伤中的作用

总之，该研究揭示了CLN4突变蛋白导致溶酶体损伤的机制，并发现CHIP介导的微自噬是保护溶酶体免受CLN4突变蛋白损伤的关键途径，为开发治疗溶酶体相关神经退行性疾病的疗法提供了新的思路。

制版人：十一

参考文献

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