クロロキンとバフィロマイシンAはリソソーム貯蔵障害を模倣し、mTORC1シグナル伝達を障害する

Chloroquine and bafilomycin A mimic lysosomal storage disorders and impair mTORC1 signalling.

• Anthony O Fedele
• Christopher G Proud

抄録

オートファジーは、オートファゴソームと融合してオートファジープロセスを完成させるリソソームに依存しており、その内部が酸性であることで腔内分解酵素の活性化を可能にしている。クロロキン（CQ）とバフィロマイシンA1（BafA）は、それぞれ異なるメカニズムではあるが、内腔をアルカリ化させ、リソソソームの機能を損なう。CQはリソソーム内に拡散してプロトン化するが、BafAは液胞型H+-ATPase（v-ATPase）のリソソーム内へのプロトン移動能力を阻害する。本研究では、オートファジー促進の初期段階である哺乳類のラパマイシン標的複合体1（mTORC1）の活性に及ぼすCQとBafAの影響を調べた。その結果、それぞれの化合物がmTORC1シグナル伝達経路のタンパク質レベルに影響を与えることなく、mTORC1シグナル伝達を阻害することが明らかになった。さらに、これらの作用は、オートファジー阻害作用やリソソームのタンパク質分解によるアミノ酸供給量の減少とは無関係である。むしろ、我々のデータは、mTORC1シグナル伝達の低下は、リソソソームの貯蔵物質の蓄積によるものであることを示唆している。しかし、これらの薬剤に対する反応には違いがあり、例えば、多くのリソソソームやオートファジー関連遺伝子の転写を促進するmTORC1の基質である転写因子EB(TFEB)の直接的な標的をアップレギュレートする能力に違いがある。これらのデータは、リソソソーム内のpHをアルカリ化する薬剤が急性リソソソーム貯蔵障害（LSD）の模倣薬であることを示唆しており、これらの薬剤が細胞生理に及ぼす影響を解釈する際には、CQとBafAがmTORC1シグナルに及ぼす影響を考慮することが重要であることを強調している。

Autophagy is dependent upon lysosomes, which fuse with the autophagosome to complete the autophagic process and whose acidic interior permits the activity of their intraluminal degradative enzymes. Chloroquine (CQ) and bafilomycin A1 (BafA) each cause alkalinisation of the lumen and thus impair lysosomal function, although by distinct mechanisms. CQ diffuses into lysosomes and undergoes protonation, while BafA inhibits the ability of the vacuolar type H+-ATPase (v-ATPase) to transfer protons into the lysosome. In the present study, we examine the impact of CQ and BafA on the activity of mammalian target of rapamycin complex 1 (mTORC1), inhibition of which is an early step in promoting autophagy. We find each compound inhibits mTORC1 signalling, without affecting levels of protein components of the mTORC1 signalling pathway. Furthermore, these effects are not related to these agents' capacity to inhibit autophagy or the reduction in amino acid supply from lysosomal proteolysis. Instead, our data indicate that the reduction in mTORC1 signalling appears to be due to the accumulation of lysosomal storage material. However, there are differences in responses to these agents, for instance, in their abilities to up-regulate direct targets of transcription factor EB (TFEB), a substrate of mTORC1 that drives transcription of many lysosomal and autophagy-related genes. Nonetheless, our data imply that widely used agents that alkalinise intralysosomal pH are mimetics of acute lysosomal storage disorders (LSDs) and emphasise the importance of considering the result of CQ and BafA on mTORC1 signalling when interpreting the effects of these agents on cellular physiology.

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