Ubiquitin-regulierte Sortierung von Caveolin-1 im endosomalen System
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Lysosomen sind membranumhüllte zelluläre Organellen, die sowohl von außen aufgenommenes Material als auch intrazelluläre Komponenten kontrolliert abbauen. Außerdem sind sie an Signalwegen beteiligt, die das Gleichgewicht zwischen Auf- und Abbau zellulärer Bestandteile regulieren. Lysosomen sind daher essentiell für die zelluläre Homöostase und wirken somit Degeneration und Alterung entgegen. Verschiedene Einflüsse führen zur Schädigung von Lysosomen, die zur Beeinträchtigung dieser Homöostase bis hin zum Zelltod führen können. Als Gegenmaßnahme haben Zellen einen Mechanismus entwickelt, der Lysophagie genannt wird und geschädigte Lysosomen in Autophagosomen verpackt und zu entsorgt. Zentraler Auslöser der Lysophagie ist dabei die Modifikation der geschädigten Lysosomen mit dem Signalprotein Ubiquitin. Ziel dieses Projektes war es daher, ein Enzym zu identifizieren, das die Ubiquitin-Modifikation geschädigter Lysosomen vermittelt und somit den Prozess der Lysophagie reguliert. Zu diesem Zweck wurde mithilfe einer siRNA-Bibliothek ein Screening durchgeführt, in dem die Genexpression von 37 humanen Ubiquitin-konjugierende Enzyme einzeln in Zellkulturzellen ausgeschaltet wurde. Der Effekt auf die Ubiquitinierung von chemisch geschädigten Lysosomen wurde lichtmikroskopisch ausgewertet. Auf diese Weise konnten wird ein Gen und das von ihm kodierte Protein UBE2QL1 identifizieren, das für den Prozess der Lysophagie notwendig und für das Überleben von Zellen nach Lysosomen-Schädigung essentiell ist. Wir stellten fest, dass UBE2QL1 normalerweise gleichmäßig in der Zelle verteilt ist, aber akut zu geschädigten Lysosomen wandert, wo es mit Zielproteinen des Lysosoms und bekannten Regulatoren der Lysophagie wechselwirkt. Die Ausschaltung von UBE2QL1 reduzierte die Assoziation dieser Regulatoren und die Bildung einer Phagophore, die für die Entsorgung des geschädigten Organells notwendig ist. Interessanterweise reguliert UBE2QL1 auch die Assoziation des Enzyms VCP/p97. Die genaue Funktion von VCP/p97 in der Lysophagie ist noch nicht gekannt. Wir hatten aber im Vorfeld gezeigt, dass VCP/p97 essentiell für den Prozess ist, und dass Mutationen in VCP/p97, die im Menschen eine degenerative Muskelund Nervenerkrankung auslösen, genau diese Funktion beeinträchtigen. Die Ausschaltung von UBE2QL1 führte auch in nicht behandelten Zellen zur Beeinträchtigung der Lysosomenfunktion und der assoziierten Signalwege, was dafür spricht, dass der UBE2QL1- und VCP/p97-vermittelte Regulationsweg generell für die Integrität der Lysosomen verantwortlich ist. Diese Schlussfolgerung wurde durch genetische Experimente im Wurm C. elegans unterstützt, in denen die Ausschaltung des UBE2QL1-verwandten Gens ubc-25 zur Destabilisierung der Lysosomen führte. Die Identifizierung von UBE2QL1 als zentraler Regulator der Lysophagie stellt einen wichtigen Meilenstein in der Entschlüsselung der zur Grunde liegenden molekularen Ereignisse dar. Wir hoffen, dass nun weitere regulatorische Faktoren gefunden werden können und die Bedeutung des Prozesses in der Entstehung von Muskelerkrankungen und Neurodegeneration im Einzelnen verstanden wird, so dass möglicherweise neue Therapieformen entwickelt werden können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- The ubiquitin-conjugating enzyme UBE2QL1 coordinates lysophagy in response to endolysosomal damage. EMBO Rep., 2019
Koerver L, Papadopoulos C, Liu B, Kravic B, Rota G, Brecht L, Veenendaal T, Polajnar M, Bluemke A, Ehrmann M, Klumperman J, Jäättelä M, Behrends C, Meyer H
(Siehe online unter https://doi.org/10.15252/embr.201948014)
