Optogenetic manipulation of lysosomal physiology and autophagic activity

生物 自噬 光遗传学 细胞生物学 生理学 神经科学 生物化学 细胞凋亡
作者
Wenping Zeng,Canjun Li,Lili Qu,Chunlei Cang
出处
期刊:Autophagy [Taylor & Francis]
标识
DOI:10.1080/15548627.2024.2392464
摘要

Lysosomes are essential degradative organelles and signaling hubs within cells, playing a crucial role in the regulation of macroautophagy/autophagy. Dysfunction of lysosomes and impaired autophagy are closely associated with the development of various neurodegenerative diseases. Enhancing lysosomal activity and boosting autophagy levels holds great promise as effective strategies for treating these diseases. However, there remains a lack of methods to dynamically regulate lysosomal activity and autophagy levels in living cells or animals. In our recent work, we applied optogenetics to manipulate lysosomal physiology and function, developing three lysosome-targeted optogenetic tools: lyso-NpHR3.0, lyso-ArchT, and lyso-ChR2. These new actuators enable light-dependent regulation of key aspects such as lysosomal membrane potential, lumenal pH, hydrolase activity, degradation processes, and Ca2+ dynamics in living cells. Notably, lyso-ChR2 activation induces autophagy via the MTOR pathway while it promotes Aβ clearance through autophagy induction in cellular models of Alzheimer disease. Furthermore, lyso-ChR2 activation reduces Aβ deposition and alleviates Aβ-induced paralysis in Caenorhabditis elegans models of Alzheimer disease. Our lysosomal optogenetic actuators offer a novel method for dynamically regulating lysosomal physiology and autophagic activity in living cells and animals.

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