Lysosomal damage response mechanism through autophagy independent function of LC3

• Project/Area Number: 21H02428
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43030:Functional biochemistry-related
• Research Institution: Nara Medical University (2023); Osaka University (2021-2022)
• Principal Investigator: Nakamura Shuhei 奈良県立医科大学, 医学部, 教授 (00510611)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2023: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2021: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: リソソーム / LC3 / TFEB / オートファジー / マウス / 非オートファジー機能 / mTORC1

Outline of Research at the Start

傷ついたリソソームは細胞にとって有害となるが、細胞がこれにどう対処しているか不明である。我々は最近、リソソーム損傷時に、オートファジー・リソソーム生合成のマスター転写因子TFEBが活性化し、このことが損傷リソソームの修復に必須であることを見出した (Nakamura et al., Nat Cell Biol, 2020)。興味深いことにこのTFEBの活性化にはオートファジーで必須な働きをするLC3タンパク質のオートファジー以外の機能が必要であることが分かった。しかしLC3による非オートファジー機能がどのようにTFEBを活性化し最終的にリソソーム恒常性維持に寄与するか不明であり、本研究でこの詳細を明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

Damaged lysosomes are detrimental to cells. While we had previously found that the master transcription factor for lysosomal biogenesis, TFEB, is activated upon lysosomal damage, that this is essential for damaged lysosome repair, and that this activation requires a non-autophagic function of the autophagy regulator LC3 (Nat Cell Biol, 2020), the details of this function remained unclear. In this study, we found that LC3 paralogues, together with the ESCRT complex, are responsible for repair of damaged membranes (EMBO Rep, 2023). We also identified a novel target of TFEB, HKDC1, and found that it acts in lysosomal and mitochondrial homeostasis (PNAS, 2024).

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

老化過程や様々な加齢性疾患で損傷リソソームの増加が見られているが、損傷リソソームが老化の原因なのか結果なのかはよく分かっていない。本研究で新たに明らかにしたLC3パラログやHKDC1の抑制によって損傷リソソームが増加し、個体老化あるいは細胞老化の亢進がみられたことから、損傷リソソームが老化の要因の一旦になっている可能性が示唆された(EMBO Rep, 2023; PNAS, 2024)。今後これら因子の機能解析をさらに進めることでリソソーム損傷を伴う老化や加齢性疾患を抑制する新たな手法の確立につながる可能性がある。

Research Products

• [Journal Article] HKDC1, a target of TFEB, is essential to maintain both mitochondrial and lysosomal homeostasis, preventing cellular senescence (2024)
  • Author(s): 1.Cui, M., Yamano, K., Yamamoto, K., Yamamoto-Imoto, H., Minami, S., Yamamoto, T., Matsui, S., Kaminishi, T., Shima, T., Ogura, M., Tsuchiya, M., Nishino, K., Layden B., Kato, H., Ogawa, H., Oki, S., Okada, Y., Isaka, Y., Kosako, H., Matsuda, N., *Yoshimori, T., *Nakamura, S.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 121 Issue: 2
  • DOI: 10.1073/pnas.2306454120
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Lysophagy protects against propagation of α-synuclein aggregation through ruptured lysosomal vesicles (2023)
  • Author(s): Kakuda Keita、Ikenaka Kensuke、Kuma Akiko、Doi Junko、Aguirre Cesar、Wang Nan、Ajiki Takahiro、Choong Chi-Jing、Kimura Yasuyoshi、Badawy Shaymaa Mohamed Mohamed、Shima Takayuki、Nakamura Shuhei、Baba Kousuke、Nagano Seiichi、Nagai Yoshitaka、Yoshimori Tamotsu、Mochizuki Hideki
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 121 Issue: 1
  • DOI: 10.1073/pnas.2312306120
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Microautophagy regulated by <scp>STK38</scp> and <scp>GABARAPs</scp> is essential to repair lysosomes and prevent aging (2023)
  • Author(s): Ogura Monami、Kaminishi Tatsuya、Shima Takayuki、Torigata Miku、Bekku Nao、Tabata Keisuke、Minami Satoshi、Nishino Kohei、Nezu Akiko、Hamasaki Maho、Kosako Hidetaka、Yoshimori Tamotsu、Nakamura Shuhei
  • Journal Title: EMBO reports Volume: 24 Issue: 12
  • DOI: 10.15252/embr.202357300
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The TMEM192-mKeima probe specifically assays lysophagy and reveals its initial steps (2023)
  • Author(s): Shima Takayuki、Ogura Monami、Matsuda Ruriko、Nakamura Shuhei、Jin Natsuko、Yoshimori Tamotsu、Kuma Akiko
  • Journal Title: Journal of Cell Biology Volume: 222 Issue: 12
  • DOI: 10.1083/jcb.202204048
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Neuronal MML-1/MXL-2 regulates systemic aging via glutamate transporter and cell nonautonomous autophagic and peroxidase activity (2023)
  • Author(s): Shioda Tatsuya、Takahashi Ittetsu、Ikenaka Kensuke、Fujita Naonobu、Kanki Tomotake、Oka Toshihiko、Mochizuki Hideki、Antebi Adam、Yoshimori Tamotsu、Nakamura Shuhei
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 120 Issue: 39
  • DOI: 10.1073/pnas.2221553120
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] リソソーム損傷応答とその生理学的意義 (2023)
  • Author(s): 小倉もな美，吉森 保，中村修平
  • Volume: 41
  • Pages: 1733
  • DOI: 10.18958/7277-00001-0000509-00
• [Journal Article] 【抗老化医療の未来をさぐる:哺乳類における老化・寿命制御の理解とその社会実装】オートファジーと老化 (2023)
  • Author(s): 中村 修平, 井本 ひとみ, 吉森 保
  • Journal Title: Geriatric Medicine Volume: 61(1) Pages: 45-49
• [Journal Article] 特集 リソソーム研究の新展開 Ⅱ.リソソームの恒常性維持機構 損傷リソソーム応答によるリソソーム恒常性の維持機構 (2022)
  • Author(s): 小倉 もな美、吉森 保、中村 修平
  • Journal Title: 生体の科学 Volume: 73 Issue: 3 Pages: 221-225
  • DOI: 10.11477/mf.2425201506
  • ISSN: 0370-9531, 1883-5503
  • Year and Date: 2022-06-15
• [Journal Article] PACSIN1 is indispensable for amphisome-lysosome fusion during basal autophagy and subsets of selective autophagy (2022)
  • Author(s): Oe Yukako、Kakuda Keita、Yoshimura Shin-ichiro、Hara Naohiro、Hasegawa Junya、Terawaki Seigo、Kimura Yasuyoshi、Ikenaka Kensuke、Suetsugu Shiro、Mochizuki Hideki、Yoshimori Tamotsu、Nakamura Shuhei
  • Journal Title: PLOS Genetics Volume: 18 Issue: 6 Pages: e1010264-e1010264
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1010264
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Measurement of autophagy via LC3 western blotting following DNA-damage-induced senescence (2022)
  • Author(s): Yamamoto-Imoto Hitomi、Hara Eiji、Nakamura Shuhei、Yoshimori Tamotsu
  • Journal Title: STAR Protocols Volume: 3 Issue: 3 Pages: 101539-101539
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2022.101539
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Non-canonical roles of ATG8 for TFEB activation (2022)
  • Author(s): Nakamura Shuhei、Akayama Shiori、Yoshimori Tamotsu
  • Journal Title: Biochemical Society Transactions Volume: 50 Issue: 1 Pages: 47-54
  • DOI: 10.1042/bst20210813
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Protocols to monitor TFEB activation following lysosomal damage in cultured cells using microscopy and immunoblotting (2022)
  • Author(s): Ogura Monami、Shima Takayuki、Yoshimori Tamotsu、Nakamura Shuhei
  • Journal Title: STAR Protocols Volume: 3 Issue: 1 Pages: 101018-101018
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2021.101018
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] オートファジー・リソソーム分解系による老化抑制機構の解明 (2023)
  • Author(s): 中村修平
  • Organizer: 第13回腎不全研究会
  • Invited
• [Presentation] オートファジーによる寿命・老化制御メカニズム (2023)
  • Author(s): 中村修平
  • Organizer: 第３回日本オートファジーコンソーシアムシンポジウム
  • Invited
• [Presentation] リソソーム恒常性維持の分子機構と細胞老化における役割 (2023)
  • Author(s): 中村修平
  • Organizer: 第96回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] Molecular Mechanisms Maintaining Lysosomal Homeostasis and Its Roles in Aging (2023)
  • Author(s): Shuhei Nakamura
  • Organizer: Asian-Pacific Society for Neurochemistry (APSN) Webinar Series
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] オートファジー・リソソーム分解系の制御機構と老化・寿命制御における役割 (2023)
  • Author(s): 中村修平
  • Organizer: 第22回日本メンズヘルス医学会シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 傷ついたリソソームを除去するメカニズムとその生理学的意義 (2022)
  • Author(s): 中村修平
  • Organizer: 第95回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] Novel regulatory mechanism of TFEB essential for lysosomal homeostasis. (2022)
  • Author(s): Shuhei Nakamura
  • Organizer: 第86回日本循環器学会学術集会
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 傷ついたリソソームを除去するメカニズムとその生理学的意義 (2021)
  • Author(s): 中村修平
  • Organizer: 第29回 cell death 学会学術集会
  • Invited
• [Book] 実験医学2023年7月号 (2023)
  • Author(s): 中村 修平
  • Total Pages: 133
  • Publisher: 羊土社
  • ISBN: 9784758125697
• [Remarks] オートファジー分解経路を制御する新たな因子を発見
  • URL: https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/ja/research_results/papers/detail/1045