リソソーム分解は、染色体の不安定性を防ぐために、正確な染色体分離を保証する

Lysosomal degradation ensures accurate chromosomal segregation to prevent chromosomal instability.

• Eugènia Almacellas
• Joffrey Pelletier
• Charles Day
• Santiago Ambrosio
• Albert Tauler
• Caroline Mauvezin

抄録

リソソームは一次分解器官として、マクロオートファジーを含む様々な経路の終着点となっています。これまでのところ、リソソームの分解機能は主に間期細胞において研究されてきましたが、有糸分裂期におけるリソソームの役割についてはまだ議論の余地があります。有糸分裂は世代間の遺伝物質の正確な伝達を規定するものであり、有糸分裂の乱れは癌の特徴である染色体の不安定性につながると考えられています。これまで、正しい有糸分裂の進行は、主にユビキチンをトリガーとしたプロテアソーム依存性の分解に起因する有糸分裂因子の整然とした分解に依存していた。ここでは、有糸分裂の進行はリソソーム依存性の分解に依存しており、リソソームの障害は有糸分裂のタイミングを早め、有糸分裂のエラーを引き起こし、染色体の不安定性を促進することを示した。さらに、私たちは、有糸分裂細胞におけるリソソームの標的となるリソソームをいくつか同定しました。その中で、コヒーシン制御タンパク質であるWAPLは、リソソソーム分解を標的とした新たなSQSTM1と相互作用するタンパク質であることが明らかになりました。最後に、非定型の核表現型であるトロイダル核の特徴を明らかにし、遺伝毒性スクリーニングのための新たなバイオマーカーとなることを示した。これらの結果から、染色体の不安定性を防ぐためには、リソソーム依存性の分解が不可欠なイベントであることが明らかになった。

Lysosomes, as primary degradative organelles, are the endpoint of different converging pathways, including macroautophagy. To date, lysosome degradative function has been mainly studied in interphase cells, while their role during mitosis remains controversial. Mitosis dictates the faithful transmission of genetic material among generations, and perturbations of mitotic division lead to chromosomal instability, a hallmark of cancer. Heretofore, correct mitotic progression relies on the orchestrated degradation of mitotic factors, which was mainly attributed to ubiquitin-triggered proteasome-dependent degradation. Here, we show that mitotic transition also relies on lysosome-dependent degradation, as impairment of lysosomes increases mitotic timing and leads to mitotic errors, thus promoting chromosomal instability. Furthermore, we identified several putative lysosomal targets in mitotic cells. Among them, WAPL, a cohesin regulatory protein, emerged as a novel SQSTM1-interacting protein for targeted lysosomal degradation. Finally, we characterized an atypical nuclear phenotype, the toroidal nucleus, as a novel biomarker for genotoxic screenings. Our results establish lysosome-dependent degradation as an essential event to prevent chromosomal instability.

略語:

3D：三次元；APC/C：アナフェーズ促進複合体；ARL8B：GTPase8B様ADPリボシル化因子；ATG：オートファジー関連；BORC：BLOC-one-related complex；CDK：サイクリン依存性キナーゼ；CENPE：セントロメアタンパク質E；CIN：染色体不安定性；ConcA.ConcA：コンカナマイシンA；CQ：クロロキン；DAPI：4,6-ジアミノ-2-ペニリノール；FTI：ファルネシルトランスフェラーゼ阻害剤；GFP：緑色蛍光タンパク質；H2B：ヒストン2B；KIF：キネシンファミリーメンバー；LAMP2：リソソソーム関連膜タンパク質2；MAP1LC3/LC3.微小管関連タンパク質１軽鎖３；ＭＥＦ：マウス胚性線維芽細胞；ＭＴＯＲ：ラパマイシンキナーゼの機械論的標的；ＰＤＳ５Ｂ：ＰＤＳ５コヒーシン関連因子Ｂ；ＳＡＣ：紡錘体組立チェックポイント；ＰＬＥＫＨＭ２：プリークストリン相同性・ＲＵＮドメイン含有Ｍ２；ＳＱＳＴＭ１．シークエストソーム１；ＴＥＭ：透過型電子顕微鏡；ＵＬＫ１：ｕｎｃ-５１様オートファジー活性化キナーゼ１；ＵＰＳ：ユビキチン-プロテアソームシステム；ｖ-ＡＴＰａｓｅ：液胞型Ｈ-トランスロケートＡＴＰａｓｅ；ＷＡＰＬ：ＷＡＰＬ凝集体放出因子。

ABBREVIATIONS: 3D: three-dimensional; APC/C: anaphase-promoting complex; ARL8B: ADP ribosylation factor like GTPase 8B; ATG: autophagy-related; BORC: BLOC-one-related complex; CDK: cyclin-dependent kinase; CENPE: centromere protein E; CIN: chromosomal instability; ConcA: concanamycin A; CQ: chloroquine; DAPI: 4,6-diamidino-2-penylinole; FTI: farnesyltransferase inhibitors; GFP: green fluorescent protein; H2B: histone 2B; KIF: kinesin family member; LAMP2: lysosomal associated membrane protein 2; MAP1LC3/LC3: microtubule associated protein 1 light chain 3; MEF: mouse embryonic fibroblast; MTOR: mechanistic target of rapamycin kinase; PDS5B: PDS5 cohesin associated factor B; SAC: spindle assembly checkpoint; PLEKHM2: pleckstrin homology and RUN domain containing M2; SQSTM1: sequestosome 1; TEM: transmission electron microscopy; ULK1: unc-51 like autophagy activating kinase 1; UPS: ubiquitin-proteasome system; v-ATPase: vacuolar-type H-translocating ATPase; WAPL: WAPL cohesion release factor.