MTOR reglează endocitoza și transportul nutrienților în celulele tubulare proximale
Florian Grahammer
* Departamentul de Medicină IV, Centrul Medical - Universitatea din Freiburg, Facultatea de Medicină, Universitatea din Freiburg, Freiburg, Germania;
Suresh K. Ramakrishnan
† Institutul de Anatomie, Departamentul de Medicină, Universitatea din Fribourg, Fribourg, Elveția;
Markus M. Rinschen
‡ Departamentul II de Medicină Internă și Centrul de Medicină Moleculară Köln, Universitatea din Köln, Köln, Germania;
Alexey A. Larionov
† Institutul de Anatomie, Departamentul de Medicină, Universitatea din Fribourg, Fribourg, Elveția;
Maryam Syed
† Institutul de Anatomie, Departamentul de Medicină, Universitatea din Fribourg, Fribourg, Elveția;
Hazim Khatib
§ Departamentul Medical IV, Sektion Nieren- und Hochdruckkrankheiten, Universitatea din Tübingen, Tübingen, Germania;
Malte Roerden
§ Departamentul Medical IV, Sektion Nieren- und Hochdruckkrankheiten, Universitatea din Tübingen, Tübingen, Germania;
Jörn Oliver Sass
‖ Bioanalitică și Biochimie, Departamentul de Științe ale Naturii, Universitatea de Științe Aplicate Bonn Rhein Sieg, Rheinbach, Germania;
¶ Divizia de Chimie Clinică și Biochimie și Centrul de Cercetare pentru Copii, Spitalul Universitar de Copii Zürich, Zurich, Elveția;
Martin Helmstaedter
* Departamentul de Medicină IV, Centrul Medical - Universitatea din Freiburg, Facultatea de Medicină, Universitatea din Freiburg, Freiburg, Germania;
Dorothea Osenberg
* Departamentul de Medicină IV, Centrul Medical - Universitatea din Freiburg, Facultatea de Medicină, Universitatea din Freiburg, Freiburg, Germania;
Lucas Kühne
* Departamentul de Medicină IV, Centrul Medical - Universitatea din Freiburg, Facultatea de Medicină, Universitatea din Freiburg, Freiburg, Germania;
Oliver Kretz
* Departamentul de Medicină IV, Centrul Medical - Universitatea din Freiburg, Facultatea de Medicină, Universitatea din Freiburg, Freiburg, Germania;
Nicola Wanner
* Departamentul de Medicină IV, Centrul Medical - Universitatea din Freiburg, Facultatea de Medicină, Universitatea din Freiburg, Freiburg, Germania;
Francois Jouret
** Grupul interdisciplinar de genoproteomică aplicată, științe cardiovasculare, Universitatea din Liège, Liege, Belgia; și
Thomas Benzing
‡ Departamentul II de Medicină Internă și Centrul de Medicină Moleculară Köln, Universitatea din Köln, Köln, Germania;
Ferruh Artunc
§ Departamentul Medical IV, Sektion Nieren- und Hochdruckkrankheiten, Universitatea din Tübingen, Tübingen, Germania;
Tobias B. Huber
* Departamentul de Medicină IV, Centrul Medical - Universitatea din Freiburg, Facultatea de Medicină, Universitatea din Freiburg, Freiburg, Germania;
†† BIOSS, Centrul pentru Studii de Semnalizare Biologică și
‡› FRIAS, Institutul de Studii Avansate din Freiburg și ZBSA, Centrul pentru Analiza Sistemelor Biologice, Universitatea Albert Ludwigs din Freiburg, Freiburg, Germania
Franziska Theilig
† Institutul de Anatomie, Departamentul de Medicină, Universitatea din Fribourg, Fribourg, Elveția;
Date asociate
Abstract
Celulele tubulare proximale renale reciclează în mod constant nutrienții pentru a asigura pierderea minimă a substraturilor vitale în urină. Deși majoritatea mecanismelor de transport au fost descoperite la nivel molecular, se știe puțin despre factorii care reglementează aceste procese. Aici, arătăm că mTORC1 și mTORC2 reglează în mod specific și sinergic procesele de endocitoză și transport PTC. Folosind o abordare genetică condiționată a șoarecilor pentru a dezactiva subunitățile non-redundante ale mTORC1, mTORC2 sau ambele, am arătat că șoarecii lipsiți de mTORC1 sau mTORC1/mTORC2, dar nu și mTORC2, dezvoltă un sindrom asemănător Fanconi de glucozurie, fosfaturie, aminoacidurie, proteine cu greutate moleculară mică și albuminurie. Interesant este că proteomica și fosfoproteomica cortexului renal proaspăt izolat au identificat fie expresia redusă, fie pierderea fosforilării la reziduurile critice ale diferitelor clase de proteine de transport specifice. Funcțional, acest lucru a dus la un transport redus de nutrienți și la o perturbare profundă a mașinilor endocitice, în ciuda expresiei absolute păstrate a principalilor receptori de scurgere, MEGALIN și CUBILIN. Descoperirile noastre evidențiază o nouă rețea de reglementare dependentă de mTOR pentru transportul nutrienților în celulele tubulare proximale renale.
Omologul de mamifer al TOR1 (mTORC1) și mTORC2 sunt complexe intracelulare multiproteice care reglementează funcțiile celulare specifice țesutului. 10 Proteina asociată regulatoare a țintei rapamicinei la mamifere (RAPTOR) este importantă pentru a asambla ținta mamiferelor a rapamicinei (mTOR) complexul 1, iar funcția sa poate fi blocată de rapamicină. În schimb, mTORC2, care conține însoțitorul insensibil de rapamicină al țintei de rapamicină la mamifere (RICTOR) ca proteină de schelă, pare a fi insensibil la tratamentul cu rapamicină pe termen scurt. 11 mTORC1 integrează o mare varietate de semnale, inclusiv factori de creștere, aminoacizi, conținut de energie celulară și stres celular, pentru a regla creșterea și divizarea celulară, precum și biogeneza lipidică și mitocondrială. 12, 13 Gama largă de ținte de fosforilare mTORC1 este încă incomplet definită, dar pare să varieze într-o manieră specifică celulei. În schimb, mTORC2 pare să fie activat de insulină și căile conexe și controlează mai multe kinaze AGC din aval prin fosforilarea motivului lor hidrofob. 14, 15 Prin urmare, mTORC2 ar putea juca un rol important în supraviețuirea celulelor și în organizarea citoscheletului.
Pentru a investiga efectul semnalizării controlate mTOR în funcția PT, am generat șoareci inducibili condiționat Raptor, Rictor sau dublu knock-out în celulele tubulare renale de-a lungul nefronului.
Rezultate
Pierderea mTOR în celulele PT are ca rezultat un fenotip de tip Fanconi
În comparație cu șoarecii martor, animalele Rap Δ Tubule și RapRic Δ Tubule au prezentat aporturi semnificativ mai mari de alimente și lichide, care au fost asociate cu creșterea volumului urinar și a excreției de sodiu (Tabelul suplimentar 1). Nu s-au găsit modificări la animalele Ric Δ Tubule. Împreună, aceste date arată un defect semnificativ dependent de mTORC1 în reabsorbția tubulară a glucozei, fosfatului, aminoacizilor, proteinelor LMW și albuminei.
mTOR Reglează endocitoza PTC și traficul intracelular in vivo
Pierderea rezultatelor mTOR în topologia membranei plasmatice apicale modificate cu o suprafață de reabsorbție redusă in vivo
Au fost efectuate analize microscopice cu lumină și electronice pentru a corela funcția PT redusă cu modificările morfologice. Acid periodic - colorarea Schiff pe secțiuni de parafină a dezvăluit microviliți cu membrană de margine de perie (BBM) redusă la toți șoarecii knockout transgenici, ceea ce a fost cel mai evident la Rap Δ Tubule și RapRic Δ Tubule comparativ cu animalele martor (Figura 3A). Totuși, morfologia brută generală a rămas neschimbată, așa cum se arată în secțiunile de semitină colorate cu albastru de metilen (Figura 3B). Analiza microscopiei electronice subcelulare a segmentelor PT S1 la șoarecii Rap Δ Tubule și RapRic Δ Tubule a arătat o lungime redusă a microvililor și formarea de vezicule endosomale comparativ cu animalele de control, precum și un număr redus de mitocondrii la animalele RapRic Δ Tubule (Figura 3C, Tabelul suplimentar 2). În plus, s-au observat endosomi precoce și tardivi umflați în mare parte și Golgi cisternae la șoarecii Rap Δ Tubule și RapRic Δ Tubule.