小分子化合物HCY19诱导溶酶体发生的机制及功能研究

Lysosomes are the major center for degradation and also a signaling hub for cellular metabolism and signal transduction. The maintanence of lysosome function are important for cellular activities, instead it will cause severe lysosomal related diseases. TFEB and TFE3 are two critical transcription factors that regulating lysosomal biogenesis. When intracellular or extracellular signals arrive, they will activate TFEB or/and TFE3 through various signaling pathways. Due to the fact that TFEB and TFE3 are two promising targets for lysosomal diseases treatment, it is extremely important to further discover the molecular mechanism of TFEB or/and TFE3 activation. Previous works show that HCY19 could induce TFEB/TFE3-dependent lysosomal biogenesis, although it did not act through known mTORC1-TFEB or PKC-GSK3β-TFEB signaling axis. In this project, we’ll first elucidate the novel signaling pathway of HCY19 in lysosomal biogenesis and followed by functional assays in cell models and mice models of lysosomal-related diseases. Our work may provide pathological significance in treating lysosomal related diseases.

溶酶体是细胞内物质降解的主要场所，更是调控细胞能量代谢和信号转导的重要枢纽。其正常的形态与功能是生命活动执行的必要条件，反之将会导致许多重大疾病的发生。TFEB和TFE3是两个调控溶酶体发生的关键转录因子，当受到细胞内或细胞外刺激时，来自上游的不同信号会激活TFEB和TFE3进而导致溶酶体的发生，这使得它们成为许多溶酶体相关疾病治疗的潜在靶标，因此深入研究TFEB和TFE3的激活机制显得尤为重要。本项目的前期工作发现，小分子化合物HCY19能够诱导TFEB和TFE3依赖的溶酶体发生，且这一过程并不依赖于已知的mTORC1-TFEB或PKC-GSK3β-TFEB信号通路。因此本项目中，我们将首先鉴定HCY19激活TFEB和TFE3的新信号通路，再在溶酶体相关疾病的细胞模型及小鼠模型上进行功能实验，以此揭示溶酶体稳态调控的新机制，这将为溶酶体相关疾病的治疗提供新的思路。

溶酶体是细胞内物质降解的主要场所，同时是调控细胞能量代谢和信号转导的重要场所，其生物学发生和功能受到多种信号的调节。完整的细胞周期包括G1，S，G2，和M四个时期，在这一过程中，细胞的遗传物质复制均等地分配到两个子细胞中。然而，溶酶体是如何在母细胞中增多并分配到子细胞中，这一重要的科学问题目前仍不清楚。.CDK4/6是调控细胞G1期到S期转变的关键因子，它们在细胞质中合成后转移到细胞核内与Cyclin D一起发挥作用。TFEB和TFE3是两个调控溶酶体发生的转录因子，其活性受到多维度调控，它们不断穿梭于细胞质和细胞核之间，维持细胞内溶酶体的稳态。那么在细胞周期中，其活性受到怎样的调控。本研究结合细胞分子影像、生化及流式细胞术等多种技术手段，发现CDK4/6功能缺失诱导TFEB/TFE3依赖的溶酶体发生。细胞核内CDK4/6及Cyclin D1/D3结合并直接磷酸化TFEB/TFE3的丝氨酸位点，从而使TFEB/TFE3失活，从细胞核中转运到细胞质。当细胞从G1期进入S期，Cyclin D1的快速降解导致CDK4/6失活，不能发挥磷酸化TFEB/TFE3的功能，导致大量的TFEB/TFE3驻留在细胞核内，调控S，G2，及M期溶酶体的发生。.CDK4/6抑制剂LY2835219目前用于癌症治疗的临床试验，该研究发现LY2835219的处理能够提高溶酶体的降解功能，增强细胞自噬，有效的促进亨廷顿病细胞模型中多聚谷氨酰胺（polyQ）的降解，同时也显著促进HepG2细胞中脂滴的降解。这一发现能为癌症及许多溶酶体相关疾病的治疗提供借鉴和参考。