リソソーム障害と神経変性疾患(オートファジー)

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オートファジー エンドサイトーシス経路とアルツハイマー病

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アルツハイマー病のオートファジー経路と障害

オートファジーを活性化させる50の方法

マイトファジーを活性化させる10の方法

オートファジー リソソーム障害と神経変性疾患

オートファジー促進因子TFEB(転写因子EB)10の活性方法

シャペロン介在性オートファジー(CMA)と神経変性疾患

概要

リソソームはオートファジーやエンドサイトーシスによって細胞内または細胞外から取り込まれた生体分子を加水分解する細胞内のリサイクル工場。オートファジーおよびエンドサイトーシス経路の最終目的地でもある。

細胞内の不要な物質を取り込むオートファゴソームと融合したリソソームはオートリソソームと呼ばれ、

細胞外の分子を取り込むエンドサイトーシスから形成されたエンドソームと融合したリソソームはエンドリソソームと呼ばれる。

「マクロオートファジー シャペロン マイクロオートファジー」の画像検索結果

https://bsd.neuroinf.jp/wiki/リソソーム

リソソーム機能障害

リソソームの機能不全は、リソソーム蓄積症(LSD)、神経変性、パーキンソン病、自己免疫疾患、癌など、さまざまな疾患と関係する。

リソソーム機能障害の生化学的特徴としては、リソソーム酵素の発現および/または活性の変化、リソソームのサイズ、リソソームの数、pH 、細胞のポジショニング、運動性の変化、リソソーム膜特性の変化などが含まれる。

リソソーム機能障害は、分解されなかった物質の蓄積を引き起こし、オートファジーなど、リソソーム関連経路の妨害を引き起こすことがある。

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リソソーム膜の透過性亢進(LMP)

リソソーム膜の透過性性亢進 Lysosomal membrane permeabilization(LMP)

リソソームの内容物が細胞質へと放出されようなリソソーム膜の損傷を「リソソーム膜の透過性亢進」英語の頭文字をとってLMPと呼ばれる。

さまざまな形態のストレスがLMPを誘発し、リソソーム内の成分を細胞質への漏出を引き起こし細胞死を引き起こすことが観察されている。

リソソームが関与する細胞死経路
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エンドサイトーシス経路

エンドサイトーシス経路でのアミロイドβ生成

エンドリソソームネットワークではアミロイドβ前駆体タンパク質(APP)からAPPアミロイド末端C断片(APP-CTFS)とアミロイドβ両方の生成に関与する。

Macroautophagy--a novel Beta-amyloid peptide-generating pathway activated in Alzheimer's disease. - PubMed - NCBI
J Cell Biol. 2005 Oct 10;171(1):87-98. Epub 2005 Oct 3. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, Non-U.S. Gov't; Research Support, U.S. Gov't, P...
Autophagic vacuoles are enriched in amyloid precursor protein-secretase activities: implications for beta-amyloid peptide over-production and local... - PubMed - NCBI
Int J Biochem Cell Biol. 2004 Dec;36(12):2531-40. Research Support, Non-U.S. Gov't; Research Support, U.S. Gov't, P.H.S.

しかし、APPがエンドリソソームネットワークで切断されない場合、ゴルジ装置に輸送されるか、原形質膜にリサイクルされてα-セクレターゼによって処理される。

Neuronal sorting protein-related receptor sorLA/LR11 regulates processing of the amyloid precursor protein. - PubMed - NCBI
Proc Natl Acad Sci U S A. 2005 Sep 20;102(38):13461-6. Epub 2005 Sep 7. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, Non-U.S. Gov't; Research Suppor...
エンドソームで生成されるアミロイドβ

これまでの証拠からはアミロイドβはエンドソームで生成することが示唆されている。

APPを切断しアミロイドβを生成するβセクレターゼは、エンドソームで見つかっているが、リソソームにはない。

マクロオートファジーは直接的にはAPPの代謝に関与しておらず、リソソーム分解がアミロイド生成プロセシングの防止に重要であることが最近の研究で強調されている。

Macroautophagy is not directly involved in the metabolism of amyloid precursor protein. - PubMed - NCBI
J Biol Chem. 2010 Nov 26;285(48):37415-26. doi: 10.1074/jbc.M110.186411. Epub 2010 Sep 23. Research Support, Non-U.S. Gov't
Proteolytic degradation of amyloid β-protein. - PubMed - NCBI
Cold Spring Harb Perspect Med. 2012 Jun;2(6):a006379. doi: 10.1101/cshperspect.a006379. Research Support, Non-U.S. Gov't; Review
リソソームでのAPP分解

標的TFEBはリソソームでのAPPの分解を促進し、アミロイドβ生成とアミロイドプラークを減少させる。

Neuronal-Targeted TFEB Accelerates Lysosomal Degradation of APP, Reducing Aβ Generation and Amyloid Plaque Pathogenesis. - PubMed - NCBI
J Neurosci. 2015 Sep 2;35(35):12137-51. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0705-15.2015. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, Non-U.S. Gov't

 

エンドサイトーシスネットワーク障害 作用機序仮説

エンドサイトーシスの上昇(エンドサイトーシス活性はDS線維芽細胞で増加)

初期エンドソームでのカテプシンDの増加

エンドソームカーゴの蓄積

リソソーム機能の低下

オートリソソームカーゴの蓄積

Endo‐lysosomal and autophagic dysfunction: a driving factor in Alzheimer's disease?
In this review, we examine lysosomal dysfunction in Alzheimer's disease (AD). This large body of research demonstrates broad lysosomal dysfunction in AD; the si...

画像

リソソーム酵素

リソソームにはタンパク質や脂質、糖質をアミノ酸、リン脂質、核酸などに分解することのできる加水分解酵素が約60種類存在する。

リソソームに存在するタンパク質分解酵素プロテアーゼはカテプシンと呼ばれ、AからZまである。(A-Z以外も存在する)

βセクレターゼ分解の低下

通常βセクレターゼは、リソソームと融合したオルガネラで分解されるため、リソソームプロテアーゼの欠如はベータセクレターゼを蓄積させアミロイドβ産生を促進する可能性がある。

Massive accumulation of luminal protease-deficient axonal lysosomes at Alzheimer's disease amyloid plaques. - PubMed - NCBI
Proc Natl Acad Sci U S A. 2015 Jul 14;112(28):E3699-708. doi: 10.1073/pnas.1510329112. Epub 2015 Jun 29. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support...
カテプシン

カテプシンDは、アルツハイマー病患者の皮膚線維芽細胞で減少することが報告されているが、一方で脊髄液内においては上昇する。

Defective lysosomal proteolysis and axonal transport are early pathogenic events that worsen with age leading to increased APP metabolism and synap... - PubMed - NCBI
Mol Neurodegener. 2012 Nov 22;7:59. doi: 10.1186/1750-1326-7-59. Research Support, Non-U.S. Gov't

カテプシンB発現の増加はアミロイドβレベルの低下を示す。

Cathepsin B degrades amyloid-β in mice expressing wild-type human amyloid precursor protein. - PubMed - NCBI
J Biol Chem. 2012 Nov 16;287(47):39834-41. doi: 10.1074/jbc.M112.371641. Epub 2012 Sep 28. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, Non-U.S. Gov...

ESCRT-III複合体

 

UPSとオートファジーリソソーム経路のクロストーク

ユビキチン-プロテアソームシステム(UPS)は、オートファジー-リソソーム経路(ALP)と単一のネットワークを構成している。

UPSが処理能力に追われたり、機能が抑制されるとALPは代わりに異常タンパク質を除去する。ALPはUPSとは対照的に傾向としてはタンパク質複合体、オリゴマー、凝集体など高分子の物質を分解することができる。

UPSとALPはそれぞれ独立したメカニズムによって作動していると考えられていが、最近の証拠ではUPSとALPはお互いに密接な経路のクロストークによって協力を行っていることがわかってきた。

FEBS Press
The ubiquitin proteasome system (UPS) and macroautophagy (hereafter called autophagy) were, for a long time, regarded as independent degradative pathways with f...

プロテアソームの阻害は、UPR、p53の上昇、HDAC6の媒介によってオートファジーを増加させるが、オートファジーの阻害はp62を蓄積し、p62がユビキチン化タンパク質と結合してプロテアソームの送達とプロテアソームによる分解を妨げる。

FEBS Press
The ubiquitin proteasome system (UPS) and macroautophagy (hereafter called autophagy) were, for a long time, regarded as independent degradative pathways with f...
p62 / SQTM1受容体

マルチドメインタンパク質であるp62 / SQTM1は、哺乳類で発見された最初のオートファジー受容体であり、UPS阻害時に蓄積するユビキチン化凝集体のクリアランスに不可欠。

p62/SQSTM1 forms protein aggregates degraded by autophagy and has a protective effect on huntingtin-induced cell death
Autophagic degradation of ubiquitinated protein aggregates is important for cell survival, but it is not known how the autophagic machinery recognizes such aggr...
Interaction Domains of p62: A Bridge Between p62 and Selective Autophagy | DNA and Cell Biology
p62 is a multidomain protein that contains different kinds of protein–protein interaction domains, including an N-terminal PB1 domain, a ZZ-type zinc fing...

Nrf2の活性化によりp62 / SQTM1の発現はアップレギュレーションされる。

The clinical potential of influencing Nrf2 signaling in degenerative a | CPAA
The clinical potential of influencing Nrf2 signaling in degenerative and immunological disorders Bifeng Gao, An Doan, Brooks M HybertsonDepartment of Medicine, ...

Nrf2はプロテアソーム活性に関与し、酸化ストレスによってNrf2はプロテアソーム遺伝子発現のアップレギュレーションを示す。

Nrf2, a regulator of the proteasome, controls self-renewal and pluripotency in human embryonic stem cells
Nuclear factor, erythroid 2-like 2 (Nrf2) is a master transcription factor for cellular defense against endogenous and exogenous stresses by regulating expressi...
Rpn11

ユビキチンは76個のアミノ酸からなるタンパク質で、タンパク質分解、DNA修復、翻訳調節、シグナル伝達などさまざまな生命現象に関わる。

ユビキチンが結合したものをポリユビキチン鎖と予備、その結合に仕方より機能が異なってくる。

Rpn11は、ポリユビキチン鎖を切断して解離する調節粒子のひとつで、20Sプロテアソーム活性の低下とも関連する。

PSMD14/Rpn11発現はアルツハイマー病脳組織で非常に減少していることが示されている。

Identification of Differentially Expressed Genes through Integrated Study of Alzheimer’s Disease Affected Brain Regions
Alzheimer’s disease (AD) is the most common form of dementia in older adults that damages the brain and results in impaired memory, thinking and behaviour. The ...
Induced pluripotent stem cell-derived neuronal cells from a sporadic Alzheimer's disease donor as a model for investigating AD-associated gene regu... - PubMed - NCBI
BMC Genomics. 2015 Feb 14;16:84. doi: 10.1186/s12864-015-1262-5. Research Support, Non-U.S. Gov't
K63ユビキチン鎖

Rpn11によるユビキチン鎖の除去により、多数の遊離K63ユビキチン鎖が生成される。

K63ユビキチン鎖は、オートファゴソームとリソソーム融合に関わる重要な分子であり、タンパク質凝集体のクリアランスを促進する。

Chaperone-mediated 26S Proteasome Remodeling Facilitates Free K63 Ubiquitin Chain Production and Aggresome Clearance
Priyaanka Nanduri, Rui Hao, Thomas Fitzpatrick, Tso-Pang Yao

関連リスク遺伝子

27のアルツハイマー病感受性遺伝子座

ABCA7ACE2ADAM10ADAMTS1APOEBIN1CASS4、CELF1、CLUCR1CD2APDSG2、EPHA1FERMT2、HLA-DRB1、HLA- DRB5、INPP5D、IQCK、MAPT、MEF2C、MS4A6A-MS4A4E、NME8、PICALM、PLD3、PTK2B、SLC24H4-RIN3、SORL1、TREM2ZCWPW1

黒字はリソソームとエンドサイトーシス輸送の調節機能に関連しうる遺伝子座

Endo-lysosomal dysregulations and late-onset Alzheimer’s disease: impact of genetic risk factors
Increasing evidence supports that cellular dysregulations in the degradative routes contribute to the initiation and progression of neurodegenerative diseases, ...
エンドサイトーシス輸送関連遺伝子

BIN1

BIN1はAPPおよびBACE1エンドサイトーシス輸送の調節を通じてアミロイドβの生成を制御する。

細胞内では、BIN1タンパク質は後期エンドソーム、リソソーム、リサイクルエンドソームを含む広い範囲のエンドソームシステムに分散されており、エンドリソソーム輸送とアミロイド形成プロセシングに関与する。

BIN1の低下は、リソソームの分解能力を低下させる。

BIN1はアクチンに結合し、タウアクチン束を安定化させる。BIN1の低下は、エンドサイトーシス経路でのタウ凝集体の蓄積を増加させ、タウ凝集体がエンドソーム膜を破壊しサイトゾルへと漏出し、さらなるタウ凝集体を促進する。

Loss of Bin1 Promotes the Propagation of Tau Pathology. - PubMed - NCBI
Cell Rep. 2016 Oct 18;17(4):931-940. doi: 10.1016/j.celrep.2016.09.063. Research Support, Non-U.S. Gov't

CD2AP

エンドサイトリンおよび小胞輸送だけでなくシナプス形成で機能する足場分子。

CD2APは初期エンドソームにおいてAPPとBACE1を区別する役割をもつ。

CD2APレベルが低下するとAPPはエンドソームの境界膜に閉じ込められるため、後にリソソームによる分解のための分類ができなくなり、その結果、APPのエンドソーム蓄積をもたらし、そのアミロイド形成プロセシングを促進する。

Bin1 and CD2AP polarise the endocytic generation of beta-amyloid. - PubMed - NCBI
EMBO Rep. 2017 Jan;18(1):102-122. doi: 10.15252/embr.201642738. Epub 2016 Nov 28. Research Support, Non-U.S. Gov't

PICALM

PICALMはオートファジーのプロセスに寄与する。PICALMレベルが低下すると、オートファジー機能障害につながり、隔離膜前駆体の数が減少する。

通常の状況下ではオートファジーは細胞内のタウ凝集体を分解に追いつくことができる。

しかし、PICALM枯渇によるオートファジー障害は、アルツハイマー病のタウ病理とも関連し、前頭側頭葉変性症、ピック病、進行性核上性麻痺にもこの相関は見られる。

Synaptic distribution of the endocytic accessory proteins AP180 and CALM. - PubMed - NCBI
J Comp Neurol. 2005 Jan 3;481(1):58-69. Comparative Study
Level of PICALM, a key component of clathrin-mediated endocytosis, is correlated with levels of phosphotau and autophagy-related proteins and is as... - PubMed - NCBI
Neurobiol Dis. 2016 Oct;94:32-43. doi: 10.1016/j.nbd.2016.05.017. Epub 2016 May 31.

PLD3

ホスホリパーゼDファミリーメンバー3

PLD3はリソソームに局在し、脾臓ホスホジエステラーゼとして機能する。

PLD3 and PLD4 are single-stranded acid exonucleases that regulate endosomal nucleic-acid sensing. - PubMed - NCBI
Nat Immunol. 2018 Sep;19(9):942-953. doi: 10.1038/s41590-018-0179-y. Epub 2018 Aug 13. Research Support, N.I.H., Extramural

アルツハイマー病脳内でのPLD3発現は半減しており、その細胞内の枯渇は老人斑の増大と関連している。

PLD3転写はエピジェネティックな障害によって変化し、遅発性アルツハイマー病患者のリスク因子として影響を与える。PLD3変異のない患者においてもニューロンエンドリソソームストレスの影響を受ける可能性がある。

PLD3 epigenetic changes in the hippocampus of Alzheimer's disease. - PubMed - NCBI
Clin Epigenetics. 2018 Sep 12;10(1):116. doi: 10.1186/s13148-018-0547-3.

ApoE

オートファジー障害

アルツハイマー病の危険因子として最も知られている遺伝子。ApoE4対立遺伝子は多彩な影響を及ぼすが、エンドソーム輸送調節因子の発現にも影響を与え初期エンドソームとリソソームの量を増加させる。

ApoE4キャリアはオートファゴソームの成熟とエンドリソソーム輸送に関わるホスホイノシトール代謝産物の高レベルを示す。

オートファジー機能障害は、オートファジーメカニズムのApoE4調節不全に起因する可能性もある。

Phospholipid dysregulation contributes to ApoE4-associated cognitive deficits in Alzheimer’s disease pathogenesis
The apolipoprotein E4 (ApoE4) genotype is the strongest genetic risk factor for developing Alzheimer’s disease (AD). However, the mechanisms that underlie this ...
リソソームへの蓄積

ApoE4は反応性リン脂質と結合し、その結果リソソームの漏出と混乱を引き起こし、膜を不安定化する。

ApoE4は溶解度が低いため、細胞の脂質過酸化レベルが高く鉄が過剰に存在する場合、リソソームに蓄積されやすくなる。

The effect of oxidative stress on accumulation of apolipoprotein E3 and E4 in a cell culture model of beta-amyloid angiopathy (CAA). - PubMed - NCBI
Brain Res. 2003 Sep 5;983(1-2):48-57. Research Support, Non-U.S. Gov't

TREM2

炎症反応だけではない

TREM2は遅発性アルツハイマー病の炎症関連危険因子として分類されているが、おそらくApoEとの相互作用により、アミロイドβの蓄積とエンドリソソーム機能にも悪影響を及ぼす。

最も一般的なSNPは rs75932628-T(R47H)オッズ比3

TREM2 – ApoE経路

TREM2はApoEに結合しエンドリソソーム機能に影響を与えることが指示されている。

アルツハイマー病のTREM2調節不全はmTOR経路と関連する。mTORシグナル伝達の異常によりmTORC1、mTORC2エフェクターの活性化が低下する。

ベクリン1、Vps34レベルが低下すると、TREM2のリサイクルが妨害される。

The TREM2-APOE Pathway Drives the Transcriptional Phenotype of Dysfunctional Microglia in Neurodegenerative Diseases. - PubMed - NCBI
Immunity. 2017 Sep 19;47(3):566-581.e9. doi: 10.1016/j.immuni.2017.08.008. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, U.S. Gov't, Non-P.H.S.; Resea...

PSEN

プレセセニリン(PSEN)は家族性アルツハイマー病を引き起こす遺伝子であり、γセクレターゼ酵素の活性により、より凝集しやすいアミロイドβ42が作り出され、アルツハイマー病の発症に関与すると考えられている。

PSENホロタンパク質マルチマー仮説
Dysregulation of Neuronal Iron Homeostasis as an Alternative Unifying Effect of Mutations Causing Familial Alzheimer’s Disease
The overwhelming majority of dominant mutations causing early onset familial Alzheimer’s disease (EOfAD) occur in only three genes, PSEN1, PSEN2, and APP. An ef...

プレセニリンはγセクレターゼ活性以外にも多くの機能をもつタンパク質。PSENはサイトゾルで切断されることでγセクレターゼ複合体に対して活性的な触媒作用をもつが、切断前のPSENホロタンパク質では、他のさまざまな細胞活動に関与する。

Evidence For and Against a Pathogenic Role of Reduced γ-Secretase Activity in Familial Alzheimer's Disease. - PubMed - NCBI
J Alzheimers Dis. 2016 Apr 4;52(3):781-99. doi: 10.3233/JAD-151186. Review; Research Support, Non-U.S. Gov't

タンパク質ATPアーゼ、H +輸送、リソソーム、シャペロンとしての役割をもち、リソソームの酸性化に必要な液胞ATPase複合体のサブユニットとして機能する。

そのため、PSEN1変異はリソソームの酸性度を減少させ、リソソーム機能を低下させるようである。

Lysosomal proteolysis and autophagy require presenilin 1 and are disrupted by Alzheimer-related PS1 mutations. - PubMed - NCBI
Cell. 2010 Jun 25;141(7):1146-58. doi: 10.1016/j.cell.2010.05.008. Epub 2010 Jun 10. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, Non-U.S. Gov't

関連疾患

ライソゾーム病

アルツハイマー病と類似するライソゾーム病

リソソーム蓄積障害(ライソゾーム病)(LSD)はリソソーム機能の突然変異によってリソソーム酵素の欠損や軸索輸送障害が引き起こされるオートファジー代謝障害。

リソソーム蓄積障害は、広範囲の神経変性、細胞内のタウタンパク質凝集体、アミロイドβ前駆体タンパク質(APP)代謝産物の蓄積、神経炎症などアルツハイマー病と病理学的ないくつかの類似性を有する。

Neuroinflammation: implications for the pathogenesis and molecular diagnosis of Alzheimer's disease. - PubMed - NCBI
Arch Med Res. 2008 Jan;39(1):1-16. Epub 2007 Oct 31. Review
Endo-lysosomal and autophagic dysfunction: a driving factor in Alzheimer's disease? - PubMed - NCBI
J Neurochem. 2017 Mar;140(5):703-717. doi: 10.1111/jnc.13935. Epub 2017 Jan 23. Review; Research Support, Non-U.S. Gov't
スフィンゴ脂質の蓄積によるリソソーム分解の減少

スフィンゴ脂質の蓄積は、オートファジーの誘発を促進する一方で、オートファジーの効率的な代謝回転を損ないスフィンゴ脂質の蓄積を増加させる。

スフィンゴ脂質の蓄積は、APP C末端フラグメント(APP-CTF)のリソソームによる分解を減少させ、γセクレターゼ活性が刺激される。

これにより、アミロイドβの分泌と産生の両方が増加する。

Sphingolipid Storage Affects Autophagic Metabolism of the Amyloid Precursor Protein and Promotes Aβ Generation
Deposition of amyloid β peptides (Aβs) in extracellular amyloid plaques within the human brain is a hallmark of Alzheimer's disease (AD). Aβ derives from proteo...

タウオパチー

オートファジー阻害によるタウの凝集

オートファジーの阻害は、タウクリアランス速度の低下およびタウの凝集を促進する。

Autophagic-lysosomal perturbation enhances tau aggregation in transfectants with induced wild-type tau expression. - PubMed - NCBI
Eur J Neurosci. 2008 Mar;27(5):1119-30. doi: 10.1111/j.1460-9568.2008.06084.x. Epub 2008 Feb 22. Comparative Study; Research Support, N.I.H., Extramural; Resea...
リソソーム

リン酸化タウはオートファジーの基質であることが示されている。

剖検ではオートファジー関連タンパク質であるAtg8(LC3)およびp62/SQSTM1はリン酸化タウと共局在しており、おそらくこれらのタンパク質はオートファゴソームに包まれたままリソソームによっては分解されていないことを示唆する。

このことからリソソーム形成の誘導は、タウオパチーに対する効果的な治療戦略であると考えられている。

Autophagic and lysosomal defects in human tauopathies: analysis of post-mortem brain from patients with familial Alzheimer disease, corticobasal de... - PubMed - NCBI
Acta Neuropathol Commun. 2016 Mar 2;4:22. doi: 10.1186/s40478-016-0292-9. Research Support, Non-U.S. Gov't

パーキンソン病

リソソームはアルファシヌクレインの分解に重要な役割を果たす。リソソーム遺伝子変異

Is Parkinson's disease a lysosomal disorder? - PubMed - NCBI
Brain. 2018 Aug 1;141(8):2255-2262. doi: 10.1093/brain/awy147. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, Non-U.S. Gov't

パーキンソン病の遺伝的要因は27%であり、一部の集団では33%を占める。

これらの遺伝子(LRRK2、GBA、SMPD1、SNCA、PARK2、PINK1、PARK7、SCARB2)の多くは、オートファジーリソソーム経路(ALP)に関与する。これらの遺伝子の中にはリソソーム酵素をコードするものもあれば、リソソームへの輸送に関与するタンパク質に対応するものもある。

Genetic perspective on the role of the autophagy-lysosome pathway in Parkinson disease. - PubMed - NCBI
Autophagy. 2015;11(9):1443-57. doi: 10.1080/15548627.2015.1067364. Research Support, Non-U.S. Gov't; Review
Pathogenic lysosomal depletion in Parkinson's disease. - PubMed - NCBI
J Neurosci. 2010 Sep 15;30(37):12535-44. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1920-10.2010. Research Support, Non-U.S. Gov't
Is Parkinson’s disease a lysosomal disorder?
Parkinson’s disease has long been considered idiopathic, with most cases having no apparent genetic cause. However, Klein and Mazzulli argue that recent data in

リソソームの損傷は、神経変性疾患において広範囲に観察されている。パーキンソン病の細胞モデルおよび動物モデルでは、抗酸化剤、プロテアーゼ阻害剤の投与がLMPによる細胞死を低下させることが示されている。

Pathogenic lysosomal depletion in Parkinson's disease. - PubMed - NCBI
J Neurosci. 2010 Sep 15;30(37):12535-44. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1920-10.2010. Research Support, Non-U.S. Gov't

前頭側頭型認知症の遺伝的変異

CHMP2B遺伝子変異によって引き起こされる前頭側頭型認知症は、リソソーム機能不全が変性経路である。

Frontotemporal dementia caused by CHMP2B mutation is characterised by neuronal lysosomal storage pathology. - PubMed - NCBI
Acta Neuropathol. 2015 Oct;130(4):511-23. doi: 10.1007/s00401-015-1475-3. Epub 2015 Sep 10. Research Support, Non-U.S. Gov't

逆行性軸索障害

リソソームの障害によるタンパク質分解の阻害は、軸索輸送の障害と関連する。

Lysosomal proteolysis inhibition selectively disrupts axonal transport of degradative organelles and causes an Alzheimer's-like axonal dystrophy. - PubMed - NCBI
J Neurosci. 2011 May 25;31(21):7817-30. doi: 10.1523/JNEUROSCI.6412-10.2011. Comparative Study; Research Support, N.I.H., Extramural

認知症発症因子 軸索輸送障害

リソソーム障害の改善

リソソーム蓄積症の治療戦略

  • スフィンゴ脂質合成阻害剤
  • アロプレグナノロン
  • 神経炎症の低減
  • 薬理学的シャペロン活性
  • 全トランスレチノイン酸(ビタミンA誘導剤)
  • 細胞質phの正常化
  • Atg7の不活性化
  • リチウム
  • CLEARネットワーク遺伝子の誘導(Coordinated Lysosomal Expression and Regulation)

TFEBはCLEAR遺伝子プログラムの転写因子

Clarifying lysosomal storage diseases
Lysosomal storage diseases (LSDs) are a class of metabolic disorders caused by mutations in proteins critical for lysosomal function. Such proteins include lyso...
  • 酵素補充療法
  • 遺伝子治療
  • 幹細胞移植
  • 肝移植
  • 骨髄移植
  • 臓器移植
  • 基質減少療法
https://www.ingentaconnect.com/content/ben/emi/2014/00000008/00000001/art00002?crawler=true
Pharmacological Chaperone Therapy: Preclinical Development, Clinical Translation, and Prospects for the Treatment of Lysosomal Storage Disorders
Lysosomal storage disorders (LSDs) are a group of inborn metabolic diseases caused by mutations in genes that encode proteins involved in different lysosomal fu...

スフィンゴ脂質とコレステロールを含むリソソーム膜の脂質組性は、重要な膜安定化効果をもつ。コレステロールレベルの増加はリソソーム膜を保護する。

ホスファチジルイノシトール3リン酸がリソソーム膜の安定性に重要。

ヒートショックプロテイン70(HSP70)は、リソソーム膜を安定化することができる。

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TFEB標的

オートファジー促進因子TFEB(転写因子EB)10の活性方法

カズキカズラ(コリノキシンB)

中国の薬用植物カズキカズラに含まれるアルカロイド、コリノキシンBとその異性体はオートファジー誘導に加えて、神経細胞株のリソソーム活性を増加させる。

コリノキシンは用量依存的に転写因子EB(TFEB)の核移行を誘導した。

Corynoxine isomers decrease levels of amyloid-β peptide and amyloid-β precursor protein by promoting autophagy and lysosome biogenesis

リソソームクリアランス

少なくともインビトロにおいて、リソソームクリアランスが損なわれると、オートファジーの誘導による病理が悪化する。そのため

・リソソームクリアランスの阻害因子を緩和する。

・または、疾病のより早期の段階においてオートファジーを刺激することにより、リソソームクリアランスの阻害因子を前もって除去する。

ことが、アルツハイマー病などの脳疾患におけるオートファジー誘導治療を成功させるための前提となる。

リポフスチン溶解剤

セントロフェノキシン

老化または疾患により蓄積したリポフスチンは、リソソーム系の効率を低下させる可能性がある。

リポフスチン分解剤として知られるセントロフェノキシン(メクロフェノキサート)は、よりリソソーム系の改善に役立つ可能性がある。

Gerontopsychological studies using NAI ('Nürnberger Alters-Inventar') on patients with organic psychosyndrome (DSM III, Category 1) treated with ce... - PubMed - NCBI
Arch Gerontol Geriatr. 1989 Jul;9(1):17-30. Clinical Trial; Comparative Study; Randomized Controlled Trial; Review

シャペロン活性

アンブロキソール

アンブロキソールは去痰薬として承認されている。

リソソーム蓄積症であるゴーシェ病の酵素増強剤として1040の承認薬からスクリーニングされた治療薬。

Identification and characterization of ambroxol as an enzyme enhancement agent for Gaucher disease. - PubMed - NCBI
J Biol Chem. 2009 Aug 28;284(35):23502-16. doi: 10.1074/jbc.M109.012393. Epub 2009 Jul 3. Research Support, Non-U.S. Gov't
Ambroxol chaperone therapy for neuronopathic Gaucher disease: A pilot study. - PubMed - NCBI
Ann Clin Transl Neurol. 2016 Feb 2;3(3):200-15. doi: 10.1002/acn3.292. eCollection 2016 Mar.
ピリメタミン(抗マラリア薬)

抗マラリア薬として承認されているピリメタミンは、リソソーム加水分解酵素であるβ-ヘキソサミニダーゼの潜在的なシャペロンとして同定された。

Pyrimethamine as a potential pharmacological chaperone for late-onset forms of GM2 gangliosidosis. - PubMed - NCBI
J Biol Chem. 2007 Mar 23;282(12):9150-61. Epub 2007 Jan 21. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, Non-U.S. Gov't
酵素補充療法+シャペロン
Pharmacological Chaperone Therapy: Preclinical Development, Clinical Translation, and Prospects for the Treatment of Lysosomal Storage Disorders
Lysosomal storage disorders (LSDs) are a group of inborn metabolic diseases caused by mutations in genes that encode proteins involved in different lysosomal fu...
不連続投与

DGJの4日間投与、その後3日間非投与の不連続投与は、毎日投与する場合に比べて、シャペロンの組織クリアランスによりリソソーム輸送が促進され、基質の代謝回転を最大化して利用することができる。

The pharmacological chaperone 1-deoxygalactonojirimycin reduces tissue globotriaosylceramide levels in a mouse model of Fabry disease. - PubMed - NCBI
Mol Ther. 2010 Jan;18(1):23-33. doi: 10.1038/mt.2009.220. Epub 2009 Sep 22. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, Non-U.S. Gov't

 

シャペロン/ヒートショックプロテイン HSP70・HSP90阻害剤(神経変性疾患)

リソソーム活性

レスベラトロール

レスベラトロールによるAMPK標的mTOR阻害は、オートファジーの促進とリソソームによるアミロイドβ分解を引き起こした。

AMP-activated protein kinase signaling activation by resveratrol modulates amyloid-beta peptide metabolism. - PubMed - NCBI
J Biol Chem. 2010 Mar 19;285(12):9100-13. doi: 10.1074/jbc.M109.060061. Epub 2010 Jan 14. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, Non-U.S. Gov'...

リソソーム機能阻害要因

化合物

ナノ粒子
Lysosome-dependent cell death and deregulated autophagy induced by amine-modified polystyrene nanoparticles
Nanoparticles (NPs) typically accumulate in lysosomes. However, their impact on lysosomal function, as well as autophagy, a lysosomal degradative pathway, is st...
Autophagy and lysosomal dysfunction as emerging mechanisms of nanomaterial toxicity
The study of the potential risks associated with the manufacture, use, and disposal of nanoscale materials, and their mechanisms of toxicity, is important for t...
カーボンブラックナノ粒子(PM2.5)
Autophagy and lysosomal dysfunction: A new insight into mechanism of synergistic pulmonary toxicity of carbon black-metal ions co-exposure
Fine particulate matter (PM 2.5) is the principal instigators of adverse health events, yet gaps still remain in understanding the mechanism mediating…
新規金属殺虫剤

Mgと2つのフラボノイド(ヘスペリジン、フェナントロリン)[Mg(hesp)2(phen)]との複合体は、MgHPと呼ばれ、都市、農業、および森林の害虫に対する高い殺虫活性をもたらす。ミトコンドリア活性およびリソソーム保持能力は、MgHP濃度が増加するにつれて低下した。

Mitochondrial and lysosomal dysfunction induced by the novel metal-insecticide [Mg(hesp)2(phen)] in the zebrafish (Danio rerio) hepatocyte cell lin... - PubMed - NCBI
Chem Biol Interact. 2019 Jul 1;307:147-153. doi: 10.1016/j.cbi.2019.05.002. Epub 2019 May 7.
亜鉛の過剰供給

亜鉛(Zn2+)のクリアランス速度がリソソームへ隔離される量を上回る場合、亜鉛は細胞保護作用を示す。しかしリソソームのクリアランス率を超える過剰な亜鉛はリソソームの膜透過性の亢進(LMP)および細胞死につながる。

酸化ストレスの条件下では、亜鉛(Zn2+)がリソソームに蓄積し、リソソーム膜透過性が亢進する。リソソームは亜鉛の貯蔵庫の役割を果たしていることを示唆する。

Zn2+ efflux through lysosomal exocytosis prevents Zn2+-induced toxicity
Zn2+ is an essential micronutrient and an important ionic signal whose excess, as well as scarcity, is detrimental to cells. Free cytoplasmic Zn2+ is controlled...

疾患

糖尿病性腎症
Lysosomal dysfunction induced by changes in albumin's tertiary structure: Potential key factor in protein toxicity during diabetic nephropathy. - PubMed - NCBI
Life Sci. 2019 Aug 1;230:197-207. doi: 10.1016/j.lfs.2019.05.069. Epub 2019 May 28.
ピロリ菌

ピロリ菌はリソソーム機能を阻害し、胃上皮細胞のオートファゴソーム蓄積を促進することが示された。

高脂肪食

リソソームは脂質代謝と細胞脂質ホメオスタシスの維持に重要な役割を果たしている。

相互的に脂質もまたリソソーム機能の調節に重要な役割を果たす。

Lipids and lysosomes. - PubMed - NCBI
Curr Drug Metab. 2012 Dec;13(10):1371-87. Review
脂肪酸の流入経路

外因性の脂肪酸はエンドサイトーシスを介してリソソームに入る。

内因性の脂肪酸は主にオートファジーを介してリソソームに入り、リソソーム酸リパーゼによって加水分解される。

理由は解明されていないが、リソソームは内腔のアミノ酸含有量に応じて(脂肪酸ではなく)mTOR1活性を調節し、細胞の栄養状態を感知して脂質代謝を制御する。

オートファゴソーム・リソソームの障害

一部の脂質誘導タンパク質による修飾はリソソームタンパク質および酵素のリソソームへの輸送を促進するが、過剰な脂質供給はリソソーム機能を大きく損ねる。

リソソームに脂肪が蓄積すると、オートファゴソームの代謝サイクルも阻害される。

マウスの高脂肪食は、リソソームの成熟に不可欠な低分子量GTPアーゼ(Rab7)の発現を減少させた。これによりオートファゴソームとリソソームの融合は損われ、オートファジーフラックスを抑制した。

Rab7: a key to lysosome biogenesis. - PubMed - NCBI
Mol Biol Cell. 2000 Feb;11(2):467-80. Research Support, Non-U.S. Gov't
Akt2 knockout preserves cardiac function in high-fat diet-induced obesity by rescuing cardiac autophagosome maturation. - PubMed - NCBI
J Mol Cell Biol. 2013 Feb;5(1):61-3. doi: 10.1093/jmcb/mjs055. Epub 2012 Dec 19. Letter; Research Support, N.I.H., Extramural
シャペロンの阻害

食事由来の過剰な脂質は、マクロオートファジーに加えてシャペロン媒介オートファジーにも影響を与える。高脂肪食マウスでは、シャペロン媒介性オートファジーの阻害をもたらした。

Inhibitory effect of dietary lipids on chaperone-mediated autophagy.
LMPの誘発

高脂肪食と脂質暴露の両方が脂肪組織にリソソーム膜透過性の亢進を誘発し、脂肪組織のマクロファージ浸潤と炎症誘発性サイトカインの産生を引き起こし、細胞質ゾルでリソソームプロテアーゼであるカテプシンBの放出と活性化を引き起こした。

Adipocyte hypertrophy is associated with lysosomal permeability both in vivo and in vitro: role in adipose tissue inflammation. - PubMed - NCBI
Am J Physiol Endocrinol Metab. 2012 Sep 1;303(5):E597-606. doi: 10.1152/ajpendo.00022.2012. Epub 2012 Jun 26. Research Support, N.I.H., Extramural

 

Increased oxidative stress in obesity and its impact on metabolic syndrome. - PubMed - NCBI
J Clin Invest. 2004 Dec;114(12):1752-61. Research Support, Non-U.S. Gov't
Thematic Review Series: Lipotoxicity: Many Roads to Cell Dysfunction and Cell Death: Lipids, lysosomes, and autophagy
Lipids are essential components of a cell providing energy substrates for cellular processes, signaling intermediates, and building blocks for biological membra...

酸化ストレス・鉄

酸化ストレスは、リソソーム機能を調節する重要な因子。
例えば、フェリチンなどの金属タンパク質を分解することなどにより、リソソームに高レベルの鉄が含まれると、三価鉄から反応性の高いヒドロキシルラジカルが生成される。

ヒドロキシルラジカルは、タンパク質、脂質、およびそれらの分解を阻害する他の高分子を酸化することで、リソソームでは消化できない廃棄物を生成し蓄積されてしまう。

リソソーム廃棄物は、リソソーム酵素活性を損ない、リソソーム膜透過性の亢進(LMP)を促進することが知られている。

Oxidative stress and autophagy in the regulation of lysosome-dependent neuron death. - PubMed - NCBI
Antioxid Redox Signal. 2009 Mar;11(3):481-96. doi: 10.1089/ARS.2008.2263. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, Non-U.S. Gov't; Research Suppo...

NADPHオキシダーゼ(NOX2)

NADPHオキシダーゼアイソフォーム2(NOX2)は、好中球に潜在する膜結合酵素複合体。

食細胞が病原体と結合し殺傷する際に生み出す活性酸素放出時(呼吸バースト)に組み立てられる。

スーパーオキシドによるpHの上昇

NOX2は後期エンドソーム膜に動員され、そこでスーパーオキシドが生成されることが示されている。

スーパーオキシドは、エンドソーム内腔でプロトントラップすることにより、エンドソームの酸性化を促進できる。しかし過剰なスーパーオキシドは水と反応してヒドロキシルイオンを生成する可能性があり、これが最終的にpHを上昇させることによってエンドソーム小胞の酸性化を損なう可能性がある。

Electrophysiology of reactive oxygen production in signaling endosomes. - PubMed - NCBI
Antioxid Redox Signal. 2009 Jun;11(6):1335-47. doi: 10.1089/ARS.2009.2448. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, Non-U.S. Gov't; Research Supp...
NOX2によるリソソーム障害

NOX2由来のスーパーオキシドは、正常なオートファゴソームとリソソームの融合にもかかわらず、オートファゴソームの分解を鈍化させるリソソームの酸性化と加水分解酵素の活性を損なう。

NOX2の遺伝的および薬理学的阻害は、スーパーオキシド産生を正常化し、リソソーム機能とオートファジーフラックスを回復する。

パルミチン酸処理はジアシルグリセロールを蓄積しプロテインキナーゼβ2が活性化されNOX2活性が増加した。

デュシェンヌ型筋ジストロフィー(DMD)マウスモデルにおいて、NOX2由来のROSがリソソーム生合成とオートファジーの両方を損なうことを発見した。

Lipid-induced NOX2 activation inhibits autophagic flux by impairing lysosomal enzyme activity. - PubMed - NCBI
J Lipid Res. 2015 Mar;56(3):546-61. doi: 10.1194/jlr.M055152. Epub 2014 Dec 21. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, Non-U.S. Gov't
一価不飽和脂肪酸の保護効果

遊離脂肪酸誘発による脂肪毒性を調べる複数の研究では、一価不飽和脂肪酸ではなく飽和脂肪酸のみがROS産生とリソソーム機能障害を心筋細胞に誘発した。

Lipid-induced NOX2 activation inhibits autophagic flux by impairing lysosomal enzyme activity. - PubMed - NCBI
J Lipid Res. 2015 Mar;56(3):546-61. doi: 10.1194/jlr.M055152. Epub 2014 Dec 21. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, Non-U.S. Gov't

研究では、一価不飽和脂肪酸はおそらく、飽和脂肪酸による脂肪毒性から保護できることが示唆される。

Docosahexaenoic acid prevents palmitate-induced activation of proteolytic systems in C2C12 myotubes. - PubMed - NCBI
J Nutr Biochem. 2014 Aug;25(8):868-74. doi: 10.1016/j.jnutbio.2014.03.017. Epub 2014 Apr 18. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, Non-U.S. G...

オレイン酸のパルミチン酸塩誘導の炎症とインスリン抵抗性への保護効果

Oleate reverses palmitate-induced insulin resistance and inflammation in skeletal muscle cells. - PubMed - NCBI
J Biol Chem. 2008 Apr 25;283(17):11107-16. doi: 10.1074/jbc.M708700200. Epub 2008 Feb 14. Research Support, Non-U.S. Gov't
Triglyceride accumulation protects against fatty acid-induced lipotoxicity. - PubMed - NCBI
Proc Natl Acad Sci U S A. 2003 Mar 18;100(6):3077-82. Epub 2003 Mar 10. Research Support, Non-U.S. Gov't; Research Support, U.S. Gov't, P.H.S.

NOX2阻害剤

NOX阻害剤 総説

Evolution of NADPH Oxidase Inhibitors: Selectivity and Mechanisms for Target Engagement
Significance: Oxidative stress, an excess of reactive oxygen species (ROS) production versus consumption, may be involved in the pathogenesis of different disea...

ブルーベリー由来ポリフェノール

A nonpolar blueberry fraction blunts NADPH oxidase activation in neuronal cells exposed to tumor necrosis factor-α. - PubMed - NCBI
Oxid Med Cell Longev. 2012;2012:768101. doi: 10.1155/2012/768101. Epub 2012 Mar 13. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, U.S. Gov't, Non-P.H...

イチョウ葉

Ginkgo biloba extract inhibits endotoxin-induced human aortic smooth muscle cell proliferation via suppression of toll-like receptor 4 expression a... - PubMed - NCBI
J Agric Food Chem. 2007 Mar 7;55(5):1977-84. Epub 2007 Feb 1. Research Support, Non-U.S. Gov't

レスベラトロール

Resveratrol protects vascular endothelial cells from high glucose-induced apoptosis through inhibition of NADPH oxidase activation-driven oxidative... - PubMed - NCBI
CNS Neurosci Ther. 2013 Sep;19(9):675-81. doi: 10.1111/cns.12131. Epub 2013 Jun 3. Research Support, Non-U.S. Gov't
Organ-Protective Effects of Red Wine Extract, Resveratrol, in Oxidative Stress-Mediated Reperfusion Injury
Resveratrol, a polyphenol extracted from red wine, possesses potential antioxidative and anti-inflammatory effects, including the reduction of free radicals and...

高用量ビタミンC

Vitamin C selectively kills KRAS and BRAF mutant colorectal cancer cells by targeting GAPDH. - PubMed - NCBI
Science. 2015 Dec 11;350(6266):1391-6. doi: 10.1126/science.aaa5004. Epub 2015 Nov 5. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, Non-U.S. Gov't; R...
Fundamentals of cancer metabolism
Tumors reprogram pathways of nutrient acquisition and metabolism to meet the bioenergetic, biosynthetic, and redox demands of malignant cells. These reprogramme...

ベルベリン

https://www.aroniabeere.de/wp-content/uploads/2017/08/Effekts-of-novel-plant-antioxydants.pdf

アポシニン

Characteristics of the inhibition of NADPH oxidase activation in neutrophils by apocynin, a methoxy-substituted catechol. | American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology
Phagocytes are able to generate reactive oxygen species by an activatable NADPH oxidase system. We investigated the inhibition of NADPH oxidase activation by a ...

丹参

A metabolite of Danshen formulae attenuates cardiac fibrosis induced by isoprenaline, via a NOX2/ROS/p38 pathway
Cardiac fibrosis is a common feature of advanced coronary heart disease and is characteristic of heart disease. However, currently available drugs against cardi...

セラストロール(ライコウトウ)

ライコウトウは慢性炎症を治療するための漢方薬として使われる。NOX1はわずかNOX2に強い選択性をもつが、プロテアソームの阻害作用もあるため、NOX2阻害剤としての効果の解釈を複雑にする。

NADPH oxidase (NOX) isoforms are inhibited by celastrol with a dual mode of action. - PubMed - NCBI
Br J Pharmacol. 2011 Sep;164(2b):507-20. doi: 10.1111/j.1476-5381.2011.01439.x. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, U.S. Gov't, Non-P.H.S.

 

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