ケトン体はシャペロンを介したオートファジーを刺激します

シャペロンを介したオートファジー（CMA）は、長期にわたる飢starの条件下で高生物で活性化され、血清の除去により細胞培養で活性化される選択的リソソームタンパク質分解プロセスです。ケトン体は、飢ation中に循環する3つの化合物（ベータヒドロキシブチレート、アセト酢酸、アセトン）で構成されています。ここでは、ケトン体がCMAを誘導するという仮説を調査しました。ベータヒドロキシブチレート（BOH）の生理学的濃度は、血清および血清のない培地で維持された細胞でタンパク質分解を誘導することがわかりました。しかし、アセトアセテートは、血清を含む培地で維持された細胞のタンパク質分解のみを誘導しました。BOH処理細胞から分離されたリソソームは、グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼとリボヌクレアーゼAの両方のCMAの基質を分解する能力の増加を示しました。血清のない培地で維持されている細胞からの分離リソソームは、反応にBOHを補充したときに、グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼとリボヌクレアーゼAを分解する能力の増加を示しました。このような治療は、CMAの2つの速度制限タンパク質である70 kDaのリソソーム関連膜タンパク質2aまたはリソソーム熱ショック同族タンパク質のレベルに影響を与えませんでした。しかし、グリセルアルデヒド-3-リン酸およびリボヌクレアーゼAの前処理は、隔離されたリソソームによる分解率を増加させました。BOHで前処理されたリソソームは、タンパク質溶解の増加を示さず、BOHが基質に作用してタンパク質分解速度を増加させることを示唆しています。Oxyblot分析を使用して、タンパク質酸化の一般的なマーカーであるタンパク質上のカルボニル形成を検出すると、BOHによる基質の処理が酸化を増加させることが示されました。長期にわたる飢starの際に循環が増加する別の化合物も、BOHに密接に関連するブタノールまたはブタノンも、CMAに影響を与えなかった。ケトン体によるCMAの誘導は、長期にわたる飢star中のCMAの活性化のための重要な生理学的メカニズムを提供する可能性があります。

Chaperone-mediated autophagy (CMA) is a selective lysosomal protein degradative process that is activated in higher organisms under conditions of prolonged starvation and in cell culture by the removal of serum. Ketone bodies are comprised of three compounds (beta-hydroxybutyrate, acetoacetate, and acetone) that circulate during starvation, especially during prolonged starvation. Here we have investigated the hypothesis that ketone bodies induce CMA. We found that physiological concentrations of beta-hydroxybutyrate (BOH) induced proteolysis in cells maintained in media with serum and without serum; however, acetoacetate only induced proteolysis in cells maintained in media with serum. Lysosomes isolated from BOH-treated cells displayed an increased ability to degrade both glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase and ribonuclease A, substrates for CMA. Isolated lysosomes from cells maintained in media without serum also demonstrated an increased ability to degrade glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase and ribonuclease A when the reaction was supplemented with BOH. Such treatment did not affect the levels of lysosome-associated membrane protein 2a or lysosomal heat shock cognate protein of 70 kDa, two rate-limiting proteins in CMA. However, pretreatment of glyceraldehyde-3-phosphate and ribonuclease A with BOH increased their rate of degradation by isolated lysosomes. Lysosomes pretreated with BOH showed no increase in proteolysis, suggesting that BOH acts on the substrates to increase their rates of proteolysis. Using OxyBlot analysis to detect carbonyl formation on proteins, one common marker of protein oxidation, we showed that treatment of substrates with BOH increased their oxidation. Neither glycerol, another compound that increases in circulation during prolonged starvation, nor butanol or butanone, compounds closely related to BOH, had an effect on CMA. The induction of CMA by ketone bodies may provide an important physiological mechanism for the activation of CMA during prolonged starvation.