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Jan 27, 2024

L'analisi multiomica mostra che i lisosomi hanno bisogno del Retromero per rimanere in salute

09 Jun 2023 The retromer complex controls protein sorting, transport, and

09 giugno 2023

Il complesso retromero controlla lo smistamento, il trasporto e lo smaltimento delle proteine ​​attraverso il sistema endolisosomico. La situazione va storta nelle malattie neurodegenerative, ma il modo in cui ciò avviene non è ancora chiaro. Il metabolismo si deteriora nelle cellule prive di retromero, secondo uno studio multiomico condotto da Peter Cullen e James Daly presso l'Università di Bristol nel Regno Unito. Nelle comunicazioni su Nature del 29 maggio, hanno riferito che le proteine ​​della membrana cellulare sono assortite in modo errato, i lisosomi si gonfiano a causa del carico non digerito, l'autofagia si blocca e la proteina precursore dell'amiloide si accumula. Questo backup spinge i lisosomi a scaricare il contenuto in eccesso all’esterno della cellula tramite esocitosi, il che potrebbe consentire la diffusione da cellula a cellula di proteine ​​patogene, come gli aggregati Aβ.

"Esistono prove evidenti che collegano il retromero a un ruolo neuroprotettivo nelle malattie neurodegenerative. Questo manoscritto indaga la complessità della funzione del retromero e il modo in cui aiuta nella neuroprotezione", ha detto Cullen ad Alzforum.

"Questo nuovo entusiasmante lavoro del gruppo Cullen ha fatto grandi passi avanti nello scoprire questi meccanismi", ha commentato Jessica Young dell'Università di Washington, Seattle.

Il retromero regola il riciclo endosomiale sulla superficie cellulare e il loro movimento retrogrado verso il Golgi. Le mutazioni nella proteina retromerica VPS35 sono state collegate all'AD e al morbo di Parkinson (Rovelet-Lecrux et al., 2015; notizie di luglio 2011). Il retromero è esaurito nel cervello di AD, post-mortem, mentre nei modelli cellulari e animali la carenza del complesso è correlata a una patologia peggiore di Aβ e tau (Small et al., 2005; Sullivan et al., 2011; Carosi et al., 2020).

Per studiare sistematicamente cosa va storto quando il retromero è disabilitato, i co-primi autori Daly e Chris Danson hanno eliminato VPS35 nelle cellule di neuroglioma umano, quindi hanno colorato i lisosomi con LAMP1 e gli endosomi precoci con EEA1. Entrambi gli organelli si erano gonfiati e distorti nelle cellule knockout. La microscopia elettronica a trasmissione ha mostrato endolisosomi ingranditi pieni di frammenti di membrana non digeriti (vedere l'immagine sotto). Quest'ultimo ricordava gli endolisosomi rigonfi nell'AD, nel Parkinson e nella demenza a corpi di Lewy (Cataldo et al., 2000; Shahmoradian et al., 2019; Crews et al., 2010).

Cullen e la commentatrice Julia TCW della Boston University sono rimasti sorpresi dal fatto che prendere di mira una singola proteina retromerica potesse causare un fenotipo così sorprendente. L'imaging di cellule vive dei knockout ha catturato la scissione occasionale e lenta di grandi lisosomi autofagici. Questo processo riporta gli organelli alla loro dimensione originale, spiegando i numerosi organelli gonfi.

Endolisosomi ingranditi . I lisosomi normali (frecce rosse) e gli endosomi (frecce blu) sono piccoli e rotondi (a sinistra). Le cellule knockout del retromero (al centro) contenevano endolisosomi enormi e distorti (frecce gialle) pieni di detriti (a destra). [Per gentile concessione di Daly et al., Nature Communications, 2023.]

Cosa stava andando storto in questi lisosomi? Gli scienziati hanno analizzato i proteomi di cellule intere e di lisosomi isolati. All'interno del primo, 477 proteine ​​associate ai lisosomi sono state arricchite e 246 sono state impoverite. Molti enzimi idrolitici, come proteasi, lipasi e nucleasi, erano diminuiti, suggerendo una capacità stentata di degradare i rifiuti cellulari.

I lisosomi VSP35 negativi sono stati impilati con più Rab GTPasi idrolitiche, che regolano l'esocitosi lisosomiale e la loro fusione con endosomi e autosomi. Il proteoma lisosomiale mancava anche di tutti i componenti del complesso BORC, proteine ​​che muovono gli organelli attraverso il citosol agganciandosi ai microtubuli.

Dimitrios Kapogiannis è stato particolarmente incuriosito dall'accumulo di proteine ​​coinvolte nell'elaborazione e nel metabolismo dell'APP (commento sotto). Ciò rispecchia una scoperta osservata nei topi privi di VPS35 nei neuroni dell’ippocampo (notizie di gennaio 2022).

Altre proteine ​​lisosomiali arricchite mappate su reti e vie di segnalazione implicate nell'AD, nel PD e in altre malattie neurodegenerative (immagine sotto). Per gli autori, questi risultati suggeriscono lisosomi stagnanti, pieni di APP, che si sono fusi con endo e autosomi, ma non sono riusciti a degradare il loro contenuto o a tornare al loro stato originale.