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溶酶体是细胞内负责降解底物的细胞器,也是信号转导的重要枢纽。溶酶体功能失调会导致诸如溶酶体存储类疾病(LSDs)和神经退行性等人类疾病。溶酶体通过调控自身的生成和降解功能以应对外界环境刺激。应激条件下溶酶体的生成在转录水平上被转录因子TFEB和TFE3所激活,而受到转录抑制因子ZKSCAN3的抑制。在响应胞外营养水平方面,mTORC1通过磷酸化TFEB和TFE3来调控它们的活性和细胞核定位情况。另外,转录抑制因子ZKSCAN3也参与到溶酶体的调控,但是具体机制尚不清楚。尽管如此,除了感受外部营养水平的机制被发现,其他的一系列环境信号刺激调控溶酶体生成的分子机制是不清楚的。 本研究揭示了一条新的调控溶酶体生成的信号通路,它依赖于蛋白激酶C(PKC)而不依赖mTORC1途径。借助于筛选到的能促进溶酶体合成的天然小分子化合物,我们证实PKC作为一个“分子开关”,通过两条平行的信号通路即激活TFEB又使ZKSCAN3失活,最终促进溶酶体的生成。一方面,PKCα和PKCδ的激活造成GSK3β被磷酸化而失活。失活的GSK3β不能在TFEB的Ser134和Ser138位起始磷酸化,最终激活TFEB并使之入核。另一方面,活化状态的PKCδ激活了JNK2和p38 MAPKs,它们会在Thr153位磷酸化ZKSCAN3,造成ZKSCAN3失活而从细胞核转移到胞质定位。这一发现揭示了PKC调控的溶酶体生成可以应对胞外环境改变和生理刺激,保证了细胞代谢的平衡同时又不影响mTORC1的活性。PKC的激活剂能够促进细胞内蛋白聚集体和脂滴的清除,同时也会改善APP/PS小鼠脑中淀粉样蛋白β斑块的累积情况。因此,PKC激活剂是治疗溶酶体相关疾病行之有效的选择。 为了理解溶酶体降解的调控机制,我们在秀丽隐杆线虫中研究了参与凋亡细胞清除过程的溶酶体酶的功能。细胞凋亡产生的凋亡小体的清除也要依赖于功能正常的溶酶体。在整个过程中,凋亡细胞清除的完成需要吞噬细胞起始吞噬功能,然后再被运输到溶酶体降解。但是溶酶体内负责降解凋亡细胞的蛋白酶一直是不清楚的。在秀丽隐杆线虫中,我们鉴定到一个溶酶体内组织氨酸蛋白酶CPL-1,它对于凋亡细胞的清除是必不可少的。我们发现cpl-1功能缺失会导致生殖腺凋亡细胞大量累积,而这一表型是因为降解无法完成而不是吞噬障碍导致的。CPL-1表达在多种类型的细胞中,包括吞噬细胞。吞噬体的成熟过程包括促成熟因子募集到吞噬体上和吞噬体的酸化阶段,而cpl-1基因突变并不会影响包含凋亡细胞的吞噬体的成熟过程。重要的是,CPL-1被招募并进入吞噬体是发生在凋亡细胞被降解之前完成的,而这个过程依赖于促吞噬溶酶体形成的调控因子。利用RNAi,我们检测了其他可能的组织蛋白酶的作用,但是这些蛋白酶并不明显影响凋亡细胞的降解。总之,我们的发现证实线虫中的CPL-1是溶酶体内负责清除凋亡细胞最主要的蛋白酶。