Mechanisms Of Er-To-Golgi Transport Of Lysosomal Enzymes

溶酶体酶从 Er 到高尔基体的转运机制

• 批准号: 10376728
• 负责人: Marco Sardiello
• 金额: $ 31.5万
• 依托单位: WASHINGTON UNIVERSITY
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2019-02-01 至 2023-07-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10376728
• 关键词: Acids; Aging; Amino Acid Motifs; Biogenesis; CLN6 gene; CLN8 gene; COP-Coated Vesicles; Carbohydrates; Cell Death; Cells; Cellular biology; Client; Communities; Complement; Data; Defect; Degenerative Disorder; Disease; Endoplasmic Reticulum; Engineering; Enzymes; Future; Goals; Golgi Apparatus; Growth; Health; Homeostasis; Homo; Human; Hydrolase; Immune System Diseases; Impairment; Integral Membrane Protein; Investigation; Knock-in; Knockout Mice; Lysosomes; Malignant Neoplasms; Mammalian Cell; Maps; Mediating; Metabolism; Methods; Missense Mutation; Modeling; Molecular; Molecular Biology; Mus; Mutate; Mutation; Organ; Organelles; Pathogenesis; Pathogenicity; Pathway interactions; Proteins; Proteomics; Research; Role; Signal Transduction; Signaling Protein; Sorting - Cell Movement; Spielmeyer-Vogt Disease; Structural Models; Surface; System; Tertiary Protein Structure; Testing; Therapeutic; Tissues; Transportation; Work; base; biochemical tools; cancer type; cohort; disease-causing mutation; human disease; in vivo; interdisciplinary approach; macromolecule; molecular modeling; mutant; overexpression; receptor; recruit; therapy design; trafficking; vesicle transport

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT    Lysosomes control a substantial part of cellular metabolism by acting as the main catabolic hub of the cell and  serving as a platform for the integration of numerous signals that modulate cell death, growth and proliferation.  Most lysosomal functions rely on a set of more than 50 acid hydrolases that degrade a wide variety of  macromolecules. Lysosomal enzymes are trafficked to the lysosome in two stages: transport of the newly  synthesized proteins from the endoplasmic reticulum (ER) to the Golgi complex, and their subsequent  receptor-­assisted transfer from the Golgi to endolysosomal compartments. How lysosomal enzymes are  transported from the ER to the Golgi complex is unknown and, to our knowledge, the simple model of a bulk,  unregulated transportation has never been questioned. We have identified two candidate ER receptors, CLN6  and CLN8, whose deficiency results in altered maturation of lysosomal enzymes and lysosomal storage  disorder-­like diseases. We propose to study how CLN6 and CLN8 function in the pathway of maturation of  lysosomal enzymes. First, we will test the hypothesis that CLN6 and CLN8 directly interact with lysosomal  enzymes and that such interaction is disrupted by disease-­associated mutations on either CLN6/CLN8 or on  the surface of lysosomal enzymes (Aim 1). Second, we will examine the trafficking and maturation of newly  synthesized lysosomal enzymes to identify the exact step that is disrupted by CLN6 and CLN8 deficiency. We  will also define CLN6 and CLN8 functions in vivo by carrying out detailed tissue-­specific analyses of lysosomal  composition in CLN6-­ and CLN8-­deficient mouse lines by LC-­MS/MS-­based proteomics. To this aim, we have  generated a knock-­in Lamp1FLAG mouse line to efficiently isolate lysosomes from the desired tissues (Aim 2).  Third, we will identify the protein domains and motifs that are involved in CLN6/CLN8 interaction and that direct  their sorting across the compartments of the early secretory pathway via COP-­coated vesicles (Aim 3). We will  accomplish our goals with a multi-­disciplinary approach that uses the tools of biochemistry, molecular biology,  cell biology and mouse engineering and we will also develop a new method of in vivo lysosome isolation from  mouse tissues. Our results are likely to have important consequences for our understanding of the  mechanisms governing lysosomal biogenesis and of the molecular pathogenesis of numerous human  diseases. Some of the regulatory mechanisms we uncover may serve in the future as targets for modulating  lysosomal biogenesis in diseases resulting from impaired lysosomal function or in conditions, such as certain  types of cancer, that are characterized by aberrant or unrestricted lysosomal activation.

项目摘要/摘要   溶酶体通过充当细胞的主要分解代谢中心，控制细胞代谢的大部分部分 作为整合众多信号的平台，这些信号调节细胞死亡，生长和增殖。 大多数溶酶体功能依赖于一组50多个酸水解酶，这些水解酶会降解多种多样 大分子。溶酶体酶在两个阶段被贩运到溶酶体：新运输 从内质网（ER）到高尔基体配合的合成蛋白质，随后的 从高尔基体转移到内溶血症公司。溶酶体酶的 从急诊室运到高尔基体综合体是未知的，据我们所知，是散装的简单模型， 不受管制的运输从未受到质疑。我们已经确定了两个候选ER受体CLN6 和CLN8，其缺乏导致溶酶体酶和溶酶体储存的成熟改变 疾病般的疾病。我们建议研究CLN6和CLN8如何在成熟途径中起作用 溶酶体酶。首先，我们将测试CLN6和CLN8直接与溶酶体相互作用的假设 酶，这种相互作用被CLN6/CLN8或ON上的疾病相关突变所破坏 溶酶体酶的表面（AIM 1）。其次，我们将检查新的贩运和成熟 合成的溶酶体酶确定CLN6和CLN8缺乏破坏的确切步骤。我们 还将通过对溶酶体进行详细的组织特异性分析来定义体内CLN6和CLN8的功能 基于LC-MS/MS的蛋白质组学中CLN6和CLN8缺陷小鼠系的组成。为此，我们有 产生了一个敲入灯泡小鼠线，以有效地分离出所需组织的溶酶体（AIM 2）。 第三，我们将确定与CLN6/CLN8相互作用有关的蛋白质结构域和基序 他们通过涂涂层的蔬菜在早期秘书途径的公司中进行分类（AIM 3）。我们将 通过多学科方法来实现我们的目标，该方法使用生物化学工具，分子生物学， 细胞生物学和小鼠工程，我们还将开发一种从体内溶酶体隔离的新方法 小鼠组织。我们的结果可能会对我们的理解产生重要的影响 控制溶酶体生物发生和许多人的分子发病机理的机制 疾病。我们发现的一些调节机制将来可能作为调节的目标 疾病中的溶酶体生物发生是由于溶酶体功能受损或在某些条件下引起的 癌症的类型，其特征是异常或无限制的溶酶体激活。