Nature：蛋白CLN3是清除溶酶体中的甘油磷酸二酯所必需的

溶酶体小而强大，尽管其体积很小，但在细胞中发挥着极其重要的作用。溶酶体只占细胞体积的1～3%，是细胞的回收中心，可将不需要的分子分解成小片段以便这些小片段随后可以重新组装形成新的分子。溶酶体功能障碍可导致多种神经退行性疾病或其他疾病，但如果没有办法更好地研究溶酶体的内含物，与这些疾病相关的确切分子以及靶向它们的新药物仍然难以捉摸。

在一项新的研究中，来自美国斯坦福大学等研究机构的研究人员开发一种新方法，使得科学家们能够确定小鼠任何细胞的溶酶体中存在的所有分子。研究溶酶体的内含物可以帮助人们了解细胞材料的不适当降解如何导致某些疾病。他们还进一步了解了目前无法治疗的神经退行性疾病---少年贝敦病（juvenile Batten disease）---的病因，这些信息可能会导致新的治疗方法。相关研究结果于2022年9月21日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“CLN3 is required for the clearance of glycerophosphodiesters from lysosomes”。

论文通讯作者、斯坦福大学的Monther Abu-Remaileh说，“溶酶体在基础研究和临床方面都很有吸引力：它们为细胞的其他部分提供营养，但我们并不总是知道它们是如何和何时提供的，而且它们是许多疾病---尤其是那些影响大脑的疾病---开始的地方。”

一些通常位于溶酶体中的蛋白与一些疾病有关。制造这些蛋白的基因指令的突变导致了这些统称为“溶酶体储存障碍（lysosomal storage disorder）”的疾病，但其中一些蛋白的功能长期以来一直困扰着科学家。有关这些蛋白如何发挥作用的信息可能有助于人们开发更好的方法来诊断、监测或治疗这些疾病。

如果科学家想研究一种特定的蛋白在细胞中发挥的作用，他们可能会阻止或刺激它的功能，并观察某些分子是否会出现或消失。但是研究溶酶体的内含物是一个规模的问题。论文第一作者Nouf Laqtom说，“如果发生了一些事情，一个分子在溶酶体中的丰度增加了200倍，如果你看整个细胞，你将看到只有2倍的增长。”这意味着有意义的结果被埋没在噪音中。

为了平息噪音，这些作者必须将溶酶体与细胞中的其他东西分开。他们之前已经开发了一种在实验室生长的细胞中做到这一点的方法，但是他们想要开发一种在小鼠中做同样的事情的方法。

大海捞针

这些作者试图分离溶酶体的第一步是对小鼠的基因做一个小小的改变，即在整个动物的每个溶酶体表面安装一个小分子标签：LysoTag。在任何时候（比如在禁食或给它们喂食特定的食物后），当他们想停下来检查小鼠溶酶体中的分子时，他们就激活他们想检查的细胞中的分子标签，然后取出组织并仔细研磨，在不破坏里面的溶酶体的情况下裂开细胞。

LysoTag表达对体内溶酶体的影响。图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05221-y。

为了从裂开的细胞中捞出溶酶体，这些作者依靠的是磁铁。在裂开的细胞中，他们添加了微小的磁珠，每个磁珠都装饰有分子夹，可以抓住他们之前在溶酶体表面上安装的分子标签。他们可以使用第二块磁铁有选择地收集所有的溶酶体，然后让溶酶体破裂，露出安全藏在里面的分子。作为一套确定混合物中不同分子重量的工具，质谱可帮助他们识别溶酶体内含物中的单个分子。那些增加或减少的分子将为科学家们指明特定的途径或功能。

除了每个溶酶体表面上有一点额外的分子标签外，这些“LysoTag”小鼠在其他方面是正常的实验室小鼠。如今，几乎任何研究人员都可以使用这些小鼠来研究溶酶体在不同疾病中的作用。

Abu-Remaileh说，“这些小鼠可供研究界的任何人免费使用，而且人们已经开始使用它们。我们希望这将成为金标准。”

知道在哪里寻找

这些作者渴望应用他们的方法来研究在脑细胞中发现的溶酶体，以更好地了解神经退行性的溶酶体储存疾病，首先从CLN3疾病或少年贝敦病开始。Abu-Remaileh说，“我们真地认为这是我们可以帮助解决的最紧迫的问题之一。”

少年贝敦病是由编码一种叫做CLN3的蛋白的基因发生突变引起的，它是致命的，会导致儿童和年轻人的视力丧失、癫痫发作、进行性运动和智力退化。CLN3蛋白存在于溶酶体的膜上，但没有人确定它在细胞中的功能，也没有人确定它的功能失调如何导致观察到的症状。

这些作者利用他们的LysoTag小鼠，发现携带CLN3致病突变的小鼠中一种叫做甘油磷酸二酯（glycerophosphodiester, GPD）的分子数量急剧增加。GPD是在构成我们身体每个细胞膜的脂肪分子的降解过程中暂时形成的。

在健康的细胞中，GPD不会在溶酶体中积累；它们会被输出到细胞的不同部分，然后在那里被降解成更小的碎片。这些作者如今认为，CLN3蛋白在这种输出中发挥了重要作用，或者直接将分子送出，或者帮助另一种蛋白完成这一任务。他们在CLN3疾病患者的脑脊液中发现了GPD分子，这表明临床医生有可能监测GPD水平以衡量未来治疗的成功。他们如今正在确定哪些GPD分子可能是有毒的，以及参与制造和输出GPD的蛋白如何能成为新药物的靶标。他们还在应用他们的方法来研究其他涉及溶酶体基因突变的疾病，如帕金森病。

Laqtom说，“如果你不知道溶酶体中的变化是什么，你就无法开发新的方法来诊断或治疗疾病。这种方法帮助你确保你在寻找正确的方向。它为你指出正确的道路，使你不至于迷失方向。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Nouf N. Laqtom et al. CLN3 is required for the clearance of glycerophosphodiesters from lysosomes. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05221-y.

2. New method allows scientists to determine all the molecules present in the lysosomes of mice
https://phys.org/news/2022-09-method-scientists-molecules-lysosomes-mice.html