Транспорт ферментов в лизосому при болезни Баттена нарушается из-за мутаций в гене мембранного белка CNL6

Болезнь Баттена (ББ) — это редкое рецессивно наследуемое нейродегенеративное заболевание, при котором происходит нарушение работы лизосом — органелл, осуществляющих расщепление и утилизиацию макромолекул («клеточных отходов»). Накопление отходов в нейронах до токсичных уровней приводит к прогрессирующим ухудшениям моторных, физических и интеллектуальных способностей. Известно, что к ББ приводят мутации в гене CNL6, кодирующем мембранный белок. Продукт гена CNL6 локализован в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР) и не обнаруживается в лизосомах, поэтому роль мутантного CNL6 в развитии ББ долгое время оставалась загадкой.

Лизосомальные ферменты синтезируются в ЭР и затем транспортируются в комплекс Гольджи, где образуются лизосомы. Ранее группа исследователeй из США продемонстрирoвалa, что транспорт лизосомальных ферментов из ЭР осуществляется при участии трансмембранного белка CNL8. Так как варианты болезни Баттена, обусловленные дефицитом белков CNL8 или CNL6, имеют схожие клинические проявления, в новой работе та же команда ученых предположила, что CNL6 взаимодействует с CNL8 и тоже играет роль в транспорте лизосомальных ферментов.

Для проверки гипотезы ученые использовали метод бимолекулярной флуоресцентной комплементации (bimolecular fluorescence complementation, BiFC), позволяющий визуализировать взаимодействие белков, а также коиммунопреципитацию. Они установили, что белок CLN6 связывается с CLN8 и взаимодействует с лизосомальными ферментами в ЭР.

In vitro и in vivo эксперименты показали, что отсутствие CLN6 приводит к недостаточному экспорту лизосомальных ферментов из ЭР и снижению их уровня в лизосомах, что было подтверждено методами иммуноблоттинга и измерением ферментативной активности в лизосомальной фракции. Эксперименты на клетках HEK293T, в которых отсутствовал CNL6 либо CNL8, показали, что друг без друга эти белки не способны связываться с лизосомными ферментами. При этом одновременная потеря CNL6 и CNL8 у модельных мышей не приводила к развитию более тяжелых симптомов ББ по сравнению с потерей одного из этих белков. Ученые делают вывод, что к нарушению функционирования лизосом при ББ, обусловленной мутацией в CNL6, приводит именно невозможность взаимодействия белков CNL6 и CNL8.

«Мы считаем, что CLN8 и CLN6 совместно собирают ферменты в одном месте, словно на автобусной остановке. Затем CLN8 сопровождает ферменты на “автобусе” в лизосомы, а CLN6 так и остается на “остановке”. CLN8 возвращается на остановку после доставки ферментов, и они повторяют процесс. Если CLN6 не функционален, ферменты собираются на автобусной остановке недостаточно эффективно и транспортируются в лизосомы в меньшем количестве», — объясняет доктор Лакшья Баджадж, первый автор статьи и сотрудник Гарвардской медицинской школы. Этот механизм схематически изображен на иллюстрации в статье.