Autophagic stress activates distinct compensatory secretory pathways in neurons

Araştırma özeti

Kaynak özetin Türkçe makine çevirisi. Klinik kullanım öncesinde özgün yayınla karşılaştırılmalı; hekim incelemesi değildir. cc by

ABSTRACT Otofajik disfonksiyon, nörodejeneratif hastalığın bir özelliğidir ve nöronları hasarlı organellerin ve proteinlerin birikimine karşı savunmasız bırakır. Bununla birlikte, hastalıkların geç başlaması, telafi edici kalite kontrol mekanizmalarının, tehlikeye giren otofajinin neden olduğu zararlı etkileri geciktirmek için devreye girebileceğini göstermektedir. LRRK2 kinazında ortak ailesel Parkinson hastalığı (PD) ile ilişkili mutasyonları ifade eden nöronlar kusurlu otofaji gösterir. Burada, patojenik LRRK2'yi barındıran hem birincil murin nöronlarının hem de insan iPSC kaynaklı nöronların hücre dışı veziküllerin salgılanmasını düzenlediğini gösteriyoruz. LRRK2 G2019S nöronlarının salgısını karakterize etmek için tarafsız proteomikler kullandık ve mitokondriyal proteinler de dahil olmak üzere otofajik yüklerin zenginleştiğini gördük. Bu gözlemlere dayanarak, otofagozomların hücre-otonom bozulması tehlikeye girdiğinde, muhtemelen bozulmamış hücresel atıkların temizlenmesine aracılık etmesi muhtemel olan salgıya doğru yönlendirildiğini varsaydık. İmmünobloting otofajik kargoların serbest bırakılmasını doğruladı ve immünositokimya, LRRK2 G2019S nöronlarında salgı otofajisinin yukarı doğru düzenlendiğini gösterdi. Ayrıca LRRK2 G2019S nöronlarının miRNA içeren ekzomların salınımını arttırdığını bulduk. Canlı hücre görüntülemesi, bu ekzomal salınımın aşırı aktif LRRK2 aktivitesine bağlı olduğunu doğrularken, farmakolojik deneyler bu salınımın apoptozdan kurtulduğunu göstermektedir. Son olarak, her iki vezikül popülasyonunun belirteçlerinin, patojenik LRRK2'yi ifade eden farelerden plazmada yukarı doğru düzenlenmiş olduğunu gösteriyoruz. Özetle, patojenik LRRK2'yi ifade eden nöronların, sırasıyla atık bertarafı ve hücrelerarası iletişimi aracılık etmek için salgılanmış otofagozomların ve ekzozozomların telafi edici salınımını düzenlediğini görüyoruz. Bu artan salgının hücresel homeostazın korunmasına katkıda bulunmasını, kısa vadede nörodejeneratif hastalık ilerlemesinin gecikmesini ve uzun vadede nöroinflamasyonun artmasına potansiyel olarak katkıda bulunmasını önermekteyiz. Birçok nörodejeneratif hastalığın ayırt edici bir özelliği otofaji disfonksiyonudur, bu da nöronal sağlığa zarar veren hasarlı proteinlerin ve organellerin birikmesine neden olur. Bununla birlikte, nörodejeneratif hastalıkların geç başlaması, alternatif kalite kontrol mekanizmalarının nöronal dejenerasyonu geciktirebileceğini düşündürmektedir. Burada, Parkinson hastalığına neden olan bir mutasyonu ifade eden nöronların, iki hücre dışı vezikül popülasyonunun salınımını düzenlediğini gösteriyoruz. İlk olarak, hücre atıklarının imhasına aracılık etmek için salgılanmış otofagozomların daha fazla kovulmasını gözlemliyoruz. İkincisi, hücrelerarası iletişimi kolaylaştıracak olan ekzozozomların artan salınımını gözlemliyoruz. Bu nedenle, salgı otofajisi ve eksozom salınımındaki artışların kronik stres geçiren nöronlarda homeostatik bir tepki olduğunu öne sürüyoruz.

Özgün kaynak özetini okuyun

ABSTRACT Autophagic dysfunction is a hallmark of neurodegenerative disease, leaving neurons vulnerable to the accumulation of damaged organelles and proteins. However, the late onset of diseases suggests that compensatory quality control mechanisms may be engaged to delay the deleterious effects induced by compromised autophagy. Neurons expressing common familial Parkinson’s disease (PD)-associated mutations in LRRK2 kinase exhibit defective autophagy. Here, we demonstrate that both primary murine neurons and human iPSC-derived neurons harboring pathogenic LRRK2 upregulate the secretion of extracellular vesicles. We used unbiased proteomics to characterize the secretome of LRRK2 G2019S neurons and found that autophagic cargos including mitochondrial proteins were enriched. Based on these observations, we hypothesized that autophagosomes are rerouted toward secretion when cell-autonomous degradation is compromised, likely to mediate clearance of undegraded cellular waste. Immunoblotting confirmed the release of autophagic cargos and immunocytochemistry demonstrated that secretory autophagy was upregulated in LRRK2 G2019S neurons. We also found that LRRK2 G2019S neurons upregulate the release of exosomes containing miRNAs. Live-cell imaging confirmed that this upregulation of exosomal release was dependent on hyperactive LRRK2 activity, while pharmacological experiments indicate that this release staves off apoptosis. Finally, we show that markers of both vesicle populations are upregulated in plasma from mice expressing pathogenic LRRK2. In sum, we find that neurons expressing pathogenic LRRK2 upregulate the compensatory release of secreted autophagosomes and exosomes, to mediate waste disposal and transcellular communication, respectively. We propose that this increased secretion contributes to the maintenance of cellular homeostasis, delaying neurodegenerative disease progression over the short term while potentially contributing to increased neuroinflammation over the longer term. SIGNIFICANCE A hallmark feature of many neurodegenerative diseases is autophagy dysfunction, resulting in the accumulation of damaged proteins and organelles that is detrimental to neuronal health. The late onset of neurodegenerative diseases, however, suggests alternative quality control mechanisms may delay neuronal degeneration. Here, we demonstrate that neurons expressing a Parkinson’s Disease-causing mutation upregulate the release of two extracellular vesicle populations. First, we observe the increased expulsion of secreted autophagosomes to mediate cellular waste disposal. Second, we observe the increased release of exosomes, likely to facilitate transcellular communication. Thus, we propose that increases in secretory autophagy and exosome release are a homeostatic response in neurons undergoing chronic stress.

Bilimsel değerlendirme

Araştırma sorusu

Sorunun kapsamı orijinal çalışma üzerinden değerlendirilir.

Yöntem ve örneklem

Çalışma tasarımı ve örneklem için kaynak makaleyi kontrol edin.

Temel bulgular

Bu kayıt için editoryal olarak onaylanmış bulgu özeti henüz yayımlanmadı.

Sınırlılıklar

Sonuçların genellenebilirliği, yanlılık ve klinik anlamı ayrıca incelenmelidir.

Bibliyografik veriden yöntem, örneklem veya klinik sonuç çıkarımı yapılmaz.