Nature：磷酸肌醇信号通路介导溶酶体快速修复

磷脂酰肌醇-4激酶2α（PI4K2A）在受损溶酶体上快速积累，产生高水平的脂质信使磷脂酰肌醇4磷酸（PtdIns 4P），启动溶酶体的快速修复。

PtdIns 4P招募多种氧固醇结合蛋白（OSBP）相关蛋白（ORP）家族成员，产生受损溶酶体和内质网之间广泛的新的膜接触位点。

ORP催化磷脂酰丝氨酸（PS）和胆固醇从内质网向溶酶体转移，以支持溶酶体的快速修复。

PS激活脂质转移蛋白ATG2的活性，ATG2通过溶酶体脂质转移直接介导快速膜修复。

  研究背景：

溶酶体功能障碍越来越与疾病和正常衰老有关。溶酶体膜透化（LMP）是溶酶体相关疾病的标志，可由多种细胞应激源触发。鉴于溶酶体的破坏性内容，LMP必须迅速解决，然而其潜在机制尚不清楚。

据报道，具有严重LMP的溶酶体可通过溶酶体自噬选择性降解，而较温和的LMP可通过运输所需的内体分选复合物（ESCRT）进行更快、直接的膜修复来固定。然而，ESCRT亚基的耗竭仅导致溶酶体快速修复的部分缺陷，表明还存在额外的修复机制。

为了寻找溶酶体修复的其它途径，研究人员设计了一种无偏见的蛋白质组学方法，使用生物素连接酶TruboID特异性快速标记溶酶体受损前后表面的蛋白质，用链霉亲和素纯化标记蛋白后进行质谱分析，以此鉴定快速招募到受损溶酶体的蛋白质。除了先前报道的自噬相关蛋白质p62和多个ESCRT亚基在受损溶酶体上富集外，质谱法还鉴定了三个可能位于同一磷酸肌醇信号通路内的物质。包括磷脂酰肌醇-4激酶2α（PI4K2A），一种产生脂质信使磷脂酰肌醇-4-磷酸（PtdIns4P）的酶，以及氧固醇结合蛋白（OSBP）相关蛋白（ORP）家族成员ORP9和ORP11，两者都是PtdIns 4P结合蛋白。随后，研究人员通过细胞、分子生物学实验验证了LMP刺激溶酶体PtdIns4P信号传导，PtdIns4P在受损溶酶体上特异性积累的过程，且PI4K2A是在受损溶酶体上产生PtdIns4P的酶。PI4K2A的缺失在基于细胞的分析中导致tau原纤维扩散的显著恶化，这与作为tau原纤扩散关键步骤的溶酶体内损伤一致。表明该修复途径的缺陷可能有助于年龄相关疾病（如阿尔兹海默病）的发展。

无偏蛋白质组学筛选确定了PI4K2A介导的PtdIns4P信号在快速溶酶体修复中的作用

接着，研究人员探究了PtdIns4P信号通路如何介导溶酶体的快速修复。磷脂酰肌醇信号通路的功能通常由脂质效应器定义。研究人员发现，受损溶酶体上PtdIns4P的积累会募集ORP9、ORP10、ORP11和OSBP，这依赖于PI4K2A及其激酶活性。ORP家族成员通常定位于内质网（ER）和其他细胞器之间的膜接触位点（MCS），多种ORP蛋白的募集可产生广泛的ER-溶酶体MCS，这是快速溶酶体修复所需的。

PtdIns4P驱动ORP连接的内质网-溶酶体接触，以快速修复膜

ORP家族是脂质转移蛋白，在MCS中将PtdIns4P交换为固醇或磷脂酰丝氨酸（PS）。被招募到受损溶酶体的主要ORP蛋白ORP9、ORP10和ORP11都携带高度保守的潜在PS结合位点。在细胞中，PS特异性探针GFP–乳钙粘蛋白C2结构域（GFP–Lact-C2）在LMP上显示出显著的溶酶体积累。此外，PS运输中存在缺陷的各种OPR突变体无法恢复溶酶体修复能力，哺乳动物ORP蛋白可以被酵母Osh6（OSBP–Osh6）取代，其通过PS转运活性完全挽救了溶酶体的快速修复。因此，PS的溶酶体转运介导溶酶体的快速修复。除了PS参与介导溶酶体修复外，OSBP也为溶酶体的快速修复提供了一条辅助的胆固醇转运途径，胆固醇可增加膜的稳定性。

ORP9、ORP10和ORP11通过内质网向溶酶体转移磷脂酰丝氨酸介导溶酶体快速修复

最后，研究人员确定脂质转移蛋白ATG2是溶酶体修复中的PS效应器，ATG2被募集到受损溶酶体中，其活性受到PS的有效刺激。ATG2不依赖于巨自噬，利用其两亲性CT结构域与溶酶体膜相互作用进行脂质递送，介导溶酶体的快速膜修复。

PS激活的ATG2脂质转运介导直接、快速的溶酶体修复

综上所述，该研究揭示了溶酶体快速修复的新机制。PI4K2A产生PtdIns4P，这是修饰受损溶酶体的起始信号脂质。作为对PtdIns4P的响应，多种ORP的募集建立了新的和广泛的内质网MCS，导致PS和胆固醇从内质网转运到溶酶体，作为支持溶酶体快速修复的补充和平行机制。最后，溶酶体PS积聚激活ATG2介导的脂质递送，用于直接膜修复，ATG2的功能独立于其在自噬体形成中的典型作用。PITT通路可能对以溶酶体功能受损为特征的广泛年龄依赖性疾病具有治疗意义。