Converging roles of PSENEN/PEN2 and CLN3 in the autophagy-lysosome system

溶酶体 自噬 TFEB 生物 细胞生物学 神经退行性变 巴顿病 ATG16L1 神经元蜡样脂褐素沉着症 早老素 阿尔茨海默病 生物化学 基因 疾病 细胞凋亡 病理 医学
作者
Marcel Klein,Abuzar Kaleem,Sandra Oetjen,Daniela Wünkhaus,Lars Binkle,Sandra Schilling,Milena Gjorgjieva,Ralf Scholz,Doris Gruber‐Schoffnegger,Stephan Storch,Stefan Kins,Gerard Drewes,Sabine Hoffmeister-Ullerich,Dietmar Kuhl,Guido Hermey
出处
期刊:Autophagy [Taylor & Francis]
卷期号:18 (9): 2068-2085 被引量:11
标识
DOI:10.1080/15548627.2021.2016232
摘要

PSENEN/PEN2 is the smallest subunit of the γ-secretase complex, an intramembrane protease that cleaves proteins within their transmembrane domains. Mutations in components of the γ-secretase underlie familial Alzheimer disease. In addition to its proteolytic activity, supplementary, γ-secretase independent, functions in the macroautophagy/autophagy-lysosome system have been proposed. Here, we screened for PSENEN-interacting proteins and identified CLN3. Mutations in CLN3 are causative for juvenile neuronal ceroid lipofuscinosis, a rare lysosomal storage disorder considered the most common neurodegenerative disease in children. As mutations in the PSENEN and CLN3 genes cause different neurodegenerative diseases, understanding shared cellular functions of both proteins might be pertinent for understanding general cellular mechanisms underlying neurodegeneration. We hypothesized that CLN3 modulates γ-secretase activity and that PSENEN and CLN3 play associated roles in the autophagy-lysosome system. We applied CRISPR gene-editing and obtained independent isogenic HeLa knockout cell lines for PSENEN and CLN3. Following previous studies, we demonstrate that PSENEN is essential for forming a functional γ-secretase complex and is indispensable for γ-secretase activity. In contrast, CLN3 does not modulate γ-secretase activity to a significant degree. We observed in PSENEN- and CLN3-knockout cells corresponding alterations in the autophagy-lysosome system. These include reduced activity of lysosomal enzymes and lysosome number, an increased number of autophagosomes, increased lysosome-autophagosome fusion, and elevated levels of TFEB (transcription factor EB). Our study strongly suggests converging roles of PSENEN and CLN3 in the autophagy-lysosome system in a γ-secretase activity-independent manner, supporting the idea of common cytopathological processes underlying different neurodegenerative diseases.Abbreviations: Aβ, amyloid-beta; AD, Alzheimer disease; APP, amyloid precursor protein; ATP5MC, ATP synthase membrane subunit c; DQ-BSA, dye-quenched bovine serum albumin; ER, endoplasmic reticulum; GFP, green fluorescent protein; ICC, immunocytochemistry; ICD, intracellular domain; JNCL, juvenile neuronal ceroid lipofuscinosis; KO, knockout; LC3, microtubule associated protein 1 light chain 3; NCL, neuronal ceroid lipofuscinoses; PSEN, presenilin; PSENEN/PEN2: presenilin enhancer, gamma-secretase subunit; TAP, tandem affinity purification; TEV, tobacco etch virus; TF, transferrin; WB, Western blot; WT, wild type.
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