リソソンモトロピック薬は、リソソーム膜流体化とその結果としてMTORC1活性の阻害を介してTFEBを活性化します

転写因子EB（TFEB）は、リソソーム生合成、オートファジー、リソソームエキソサイトーシスに重要な役割を果たすマスター転写調節因子です。TFEB活性は、リソソームの表面におけるラパマイシン複合体1（MTORC1）の哺乳類標的によるリン酸化に続いて阻害されます。リン酸化TFEBは14-3-3タンパク質に結合されており、その結果、非アクティブな状態での細胞質保持が生じます。カルシウム依存性ホスファターゼカルシニューリンは、リソソームストレスの条件下での脱リン酸化とその後のTFEBの活性化の原因であることが示唆されました。最近、Lysosomotopic抗がん剤に癌細胞を曝露した後にTFEBが活性化され、リソソーム生合成、リソソーム薬物隔離、およびリソソームエキソサイトーシスの増加を介してリソソーム媒介癌薬物耐性をもたらすことが実証されました。ここでは、TFEBのリソソモトロピック薬物誘発性活性化の根底にある分子メカニズムを研究しました。リソソンモトロピック薬の蓄積は、リソソーム様リポソームの膜流体化をもたらすことを実証します。これは、リポソームルメンの酸性度に厳密に依存しています。リソソーム蓄積リソソーム蓄積とリソソーム膜の結果として生成される液体化は、リソソーム膜からのmTORの解離を促進し、mTORC1のキナーゼ活性を阻害しました。さらに、リソソモトロピック薬物隔離は細胞質へのCa2+の放出を誘導し、カルシヌーリンの活性化、サイトゾルCa2+のキレート化、またはカルシヌーリン活性の直接的な阻害を促進し、TFEBの薬物誘発性核移動を妨げないことを示しています。したがって、TFEBのリソソンモトロピック薬物誘発性の活性化は、カルシヌーリンの活性化ではなく、リソソーム膜流体化によるMTORC1阻害によって媒介されることを示唆しています。さらに、カルシニューリンとは別に、他の構成的に活性なホスファターゼ（S）がTFEB脱リン酸化とその結果として生じる活性化に関与することを仮定します。さらに、核からサイトゾルへのTFEBの急速な輸出は、MTORC1阻害の緩和時に発生し、脱リン酸化TFEBが核とサイトゾルの間を絶えず移動し、MTORC1活性の迅速に応答するセンサーとして作用することを示唆しています。

Transcription factor EB (TFEB) is a master transcriptional regulator playing a key role in lysosomal biogenesis, autophagy and lysosomal exocytosis. TFEB activity is inhibited following its phosphorylation by mammalian target of rapamycin complex 1 (mTORC1) on the surface of the lysosome. Phosphorylated TFEB is bound by 14-3-3 proteins, resulting in its cytoplasmic retention in an inactive state. It was suggested that the calcium-dependent phosphatase calcineurin is responsible for dephosphorylation and subsequent activation of TFEB under conditions of lysosomal stress. We have recently demonstrated that TFEB is activated following exposure of cancer cells to lysosomotropic anticancer drugs, resulting in lysosome-mediated cancer drug resistance via increased lysosomal biogenesis, lysosomal drug sequestration, and drug extrusion through lysosomal exocytosis. Herein, we studied the molecular mechanism underlying lysosomotropic-drug-induced activation of TFEB. We demonstrate that accumulation of lysosomotropic drugs results in membrane fluidization of lysosome-like liposomes, which is strictly dependent on the acidity of the liposomal lumen. Lysosomal accumulation of lysosomotropic drugs and the consequent fluidization of the lysosomal membrane, facilitated the dissociation of mTOR from the lysosomal membrane and inhibited the kinase activity of mTORC1, which is necessary and sufficient for the rapid translocation of TFEB to the nucleus. We further show that while lysosomotropic drug sequestration induces Ca2+ release into the cytoplasm, facilitating calcineurin activation, chelation of cytosolic Ca2+, or direct inhibition of calcineurin activity, do not interfere with drug-induced nuclear translocation of TFEB. We thus suggest that lysosomotropic drug-induced activation of TFEB is mediated by mTORC1 inhibition due to lysosomal membrane fluidization and not by calcineurin activation. We further postulate that apart from calcineurin, other constitutively active phosphatase(s) partake in TFEB dephosphorylation and consequent activation. Moreover, a rapid export of TFEB from the nucleus to the cytosol occurs upon relief of mTORC1 inhibition, suggesting that dephosphorylated TFEB constantly travels between the nucleus and the cytosol, acting as a rapidly responding sensor of mTORC1 activity.