MTOR регулює ендоцитоз та транспорт поживних речовин у проксимальних трубчастих клітинах

Флоріан Гремхаммер

* Кафедра медицини IV, Медичний центр - Університет Фрайбурга, Медичний факультет, Фрайбурзький університет, Фрайбург, Німеччина;

Суреш К. Рамакрішнан

† Інститут анатомії, Медичний факультет, Університет Фрібурга, Фрібур, Швейцарія;

Маркус М. Ріншен

‡ Департамент внутрішніх хвороб та Центр молекулярної медицини Кельн, Кельнський університет, Кельн, Німеччина;

Олексій Олександрович Ларіонов

† Інститут анатомії, Медичний факультет, Фрібурзький університет, Фрібур, Швейцарія;

Мар’ям Сайєд

† Інститут анатомії, Медичний факультет, Фрібурзький університет, Фрібур, Швейцарія;

Хазім Хатиб

§ Медичний факультет IV, Sektion Nieren- und Hochdruckkrankheiten, Тюбінгенський університет, Тюбінген, Німеччина;

Мальте Рерден

§ Медичний факультет IV, Sektion Nieren- und Hochdruckkrankheiten, Тюбінгенський університет, Тюбінген, Німеччина;

Йорн Олівер Сасс

‖ Біоаналітика та біохімія, Департамент природничих наук, Університет прикладних наук Бонн Рейн Зіг, Рейнбах, Німеччина;

¶ Відділ клінічної хімії та біохімії та Центр досліджень дітей, Університетська дитяча лікарня Цюріх, Цюріх, Швейцарія;

Мартін Гельмштадтер

Доротея Осенберг

Лукас Кюне

Олівер Крец

Нікола Ваннер

Франсуа Журе

** Groupe Interdisciplinaire de Génoprotéomique Appliquée, Серцево-судинні науки, Університет Льєжу, Льєж, Бельгія; і

Томас Бензінг

Ферру Артунк

§ Медичний факультет IV, Sektion Nieren- und Hochdruckkrankheiten, Тюбінгенський університет, Тюбінген, Німеччина;

Тобіас Б. Губер

†† BIOSS, Центр досліджень біологічних сигналів та

‡‡ FRIAS, Фрайбурзький інститут перспективних досліджень та ZBSA, Центр аналізу біологічних систем, Фрайбурзький університет імені Альберта Людвігса, Фрайбург, Німеччина

Франциска Тейліг

† Інститут анатомії, Медичний факультет, Фрібурзький університет, Фрібур, Швейцарія;

Пов’язані дані

Анотація

Проксимальні канальцеві клітини нирок постійно переробляють поживні речовини, щоб забезпечити мінімальну втрату життєво важливих субстратів у сечі. Хоча більшість транспортних механізмів були відкриті на молекулярному рівні, мало відомо про фактори, що регулюють ці процеси. Тут ми показуємо, що mTORC1 та mTORC2 спеціально та синергічно регулюють ендоцитоз та транспортні процеси PTC. Використовуючи умовний генетичний підхід миші для вимкнення непотрібних субодиниць mTORC1, mTORC2 або обох, ми показали, що у мишей, у яких бракує mTORC1 або mTORC1/mTORC2, але не лише mTORC2, розвивається фанконіподібний синдром глюкозурії, фосфатурії, аміноацидурії, низькомолекулярної протеїнурії, та альбумінурія. Цікаво, що протеоміка та фосфопротеомія свіжоізольованої кори нирок виявляли або знижену експресію, або втрату фосфорилювання при критичних залишках різних класів специфічних транспортних білків. Функціонально це призвело до зменшення транспорту поживних речовин та глибокого збурення ендоцитарного механізму, незважаючи на збережену абсолютну експресію основних рецепторів поглинача, МЕГАЛІНУ та КУБІЛІНУ. Наші висновки підкреслюють нову залежну від mTOR регуляторну мережу транспорту поживних речовин у проксимальних канальцевих клітинах нирок.

Гомологи ссавців TOR1 (mTORC1) і mTORC2 є внутрішньоклітинними багатобілковими комплексами, що регулюють тканиноспецифічні клітинні функції. 10 Регулюючий асоційований білок ссавців-мішеней рапаміцину (RAPTOR) є важливим для складання мішені рапаміцину (mTOR) комплексу 1 у ссавців, і його функція може блокуватися рапаміцином. На відміну від цього, mTORC2, що містить нечутливий до рапаміцину супутник мішені рапаміцину (РІКТОР) у ссавців як білок для риштування, здається, нечутливий до короткочасного лікування рапаміцином. 11 mTORC1 інтегрує широкий спектр сигналів, включаючи фактори росту, амінокислоти, вміст клітинної енергії та стільниковий стрес, щоб регулювати клітинний ріст та поділ, а також біогенез ліпідів та мітохондрій. 12, 13 Широкий діапазон цілей фосфорилювання mTORC1 все ще не визначений повністю, але, схоже, змінюється в залежності від клітин. І навпаки, mTORC2, здається, активується інсуліном та супутніми шляхами і контролює кілька нижніх кіназ AGC, фосфорилюючи їх гідрофобний мотив. 14, 15 Таким чином, mTORC2 може відігравати важливу роль у виживанні клітин та організації цитоскелета.

Щоб дослідити ефект сигналізації, керованого mTOR, у функції PT, ми генерували індуцибельних умовних мишей Raptor, Rictor або Double Nockout у канальцевих ниркових клітинах уздовж нефрона.

Результати

Втрата mTOR в клітинах PT призводить до фанокоподібного фенотипу

Порівняно з контрольними мишами тварини Rap Δ Tubule та RapRic Δ Tubule демонстрували значно більший прийом їжі та рідини, що було пов’язано із збільшенням об’єму сечі та виведенням натрію (Додаткова таблиця 1). Жодних змін не було виявлено у тварин Ric Δ Tubule. Разом ці дані свідчать про значний mTORC1-залежний дефект канальцевої реабсорбції глюкози, фосфатів, амінокислот, білків LMW та альбуміну.

mTOR регулює ендоцитоз PTC та внутрішньоклітинний обіг In Vivo

Втрата результатів mTOR у зміненій топології апікальної плазматичної мембрани зі зменшеною поверхнею реабсорбції In Vivo

Проводили аналізи світлової та електронної мікроскопії для кореляції зниженої функції ПТ із змінами в морфології. Періодичне фарбування кислотою – Шиффом на парафінових зрізах виявило зменшення мікроворсинок меж мембрани кисті (ВВМ) у всіх трансгенних мишей-нокаутів, що було найбільш очевидним у канальцях Rap Δ та Tubule RapRic у порівнянні з контрольними тваринами (рис. 3А). Однак загальна загальна морфологія залишалася незмінною, як показано на забруднених метиленовим синім напівтинових зрізах (Малюнок 3B). Аналіз субклітинної електронної мікроскопії сегментів PT S1 у мишей Rap Δ Tubule та RapRic Δ Tubule показав зменшену довжину мікроворсинок та утворення ендосомних пухирців у порівнянні з контрольними тваринами, а також зменшення кількості мітохондрій у тварин RapRic Δ Tubule (Рисунок 3C, Додаткова таблиця 2). Крім того, у мишей Rap Δ Tubule та RapRic Δ Tubule спостерігали значно завищені ранні та пізні ендосоми та цистерни Гольджі.