Gαq is a novel modulator of autophagy

• Autores: Sofia Cabezudo Violero
• Directores de la Tesis: Catalina Ribas Núñez (dir. tes.), Federico Mayor Menéndez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2018
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Patricia Boya Tremoleda (presid.), Miguel Ángel Íñiguez Peña (secret.), Raul V. Duran Díaz (voc.), Anna M. Aragay i Combas (voc.), Guillermo Velasco Díez (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biociencias Moleculares por la Universidad Autónoma de Madrid
• Materias:
  • Ciencias médicas
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen
  • español

    La autofagia es un proceso altamente conservado que posee un papel central en la homeostasis celular, mediando la degradación lisosomal de componentes celulares, tanto en condiciones basales como en respuesta a variaciones en el microambiente intra- o extracelular. Esto permite la adaptación de la célula a distintas situaciones de estrés. Se ha descrito una regulación celular autónoma del proceso de autofagia mediada principalmente por la proteína quinasa activada por AMP (AMPK) y el complejo 1 diana de la rapamicina en mamíferos (mTORC1). Sin embargo, estudios recientes sugieren que diversos nutrientes podrían modular la autofagia de manera sistémica a través de la activación de distintos receptores, entre los que se encuentran miembros de la superfamilia de los receptores acoplados a proteínas G (GPCR). Estos GPCR sensores de nutrientes actúan a través de distintas proteínas G, entre las que se incluye Gαq/11. En este trabajo desvelamos que Gαq/11 es un componente esencial de la maquinaria celular implicada en la detección de nutrientes. Las células deficientes en Gαq/11 presentan niveles elevados de autofagia en condiciones basales e inducen este proceso de forma temprana y prolongada en respuesta a la ausencia de suero, aminoácidos o glucosa, lo que indica que Gαq/11 actúa como un sensor general de la disponibilidad de nutrientes. Además, describimos la localización de Gαq en vesículas autofágicas y en lisosomas y una dinámica redistribución de Gαq entre las distintas vesículas autofágicas en respuesta a la privación de nutrientes. Estos resultados, junto con el hecho de que Gαq no es un sustrato autofágico, son coherentes con un papel como modulador del proceso.

    Por otra parte, demostramos que Gαq controla los procesos de autofagia a través de la activación del nodo de señalización mTORC1, e identificamos a la proteína p62/SQSTM1 como un nuevo efector de Gαq/11 implicado en esta función. En presencia de nutrientes, la asociación entre Gαq y p62 a través de una interacción de tipo PB1 contribuye a la activación de mTORC1 y a la consecuente inactivación de macroautofagia mediante la formación de complejos multimoleculares Gαq/p62/mTORC1. Por otra parte, Gαq/11 es esencial para una correcta localización subcelular de los lisosomas tanto en condiciones de privación como de recuperación de nutrientes, lo que sugiere que Gαq/11 participa en la coordinación de los procesos de activación de mTORC1 y de redistribución de lisosomas. Finalmente, hemos determinado que Gαq/11 está localizado preferentemente en lisosomas implicados en autofagia mediada por chaperonas (CMA) y que modula positivamente este proceso tanto en condiciones basales como tras una privación de nutrientes prolongada. En conjunto, nuestros resultados sugieren que Gαq puede actuar ejerciendo un balance entre distintos tipos de autofagia, ayudando a mantener la homeostasis celular en respuesta a fluctuaciones de nutrientes.

  • English

    The highly conserved autophagy processes play a central role in cellular homeostasis by allowing the lysosomal degradation of cellular components either in basal conditions or in response to fluctuations in the internal or external microenvironment, thus helping to adapt to different stress situations. Autophagy is regulated in a cell-autonomous fashion mainly through AMP-activated protein kinase (AMPK) and mammalian target or rapamycin complex 1 (mTORC1) modulators. Recent studies suggest that nutrients may also modulate autophagy in a systemic manner through different nutrient-sensing receptors, and emerging evidence suggest that members of the G protein-coupled receptors (GPCRs) membrane receptor family could play such a role. These GPCR nutrient receptors act via different G proteins, including Gαq/11. In this work, we unveil an unanticipated role of Gαq/11 as a key component of the cellular nutrient-sensing machinery. Cells lacking Gαq/11 display higher basal autophagy and an earlier and prolonged induction of this process upon serum removal or in the absence of amino acids or glucose, suggesting that Gαq/11 acts as a general sensor of nutrient availability. Moreover, we describe the presence of Gαq in lysosomal and autophagic compartments and a dynamic redistribution of Gαq between autophagic vacuoles upon nutrient deprivation. However, Gαq is not a substrate of autophagy under nutrient stress conditions, consistent with a role as an autophagy modulator. Importantly, we demonstrate that Gαq affects autophagy processes via the modulation of the key mTORC1 signaling hub, and identify p62/SQSTM1 as the effector linking Gαq/11 to the activation of mTORC1 via the formation of Gαq/p62/mTORC1 multi-molecular complexes. We find that p62 displays most of the features of a bona fide Gαq effector and that these proteins associate through a PB1-like interaction, involving the PB1 domain of p62 and the acidic PB1-binding region of Gαq. The dynamic formation of Gαq/p62 complexes in the presence of nutrients contributes to the activation of mTORC1, thus allowing the subsequent inactivation of macroautophagy in these metabolic conditions. Interestingly, we show that Gαq/11 is also required for the proper lysosomal positioning upon nutrient starvation or recovery, suggesting a role for Gαq/11 in the coordination of mTORC1 activation and lysosomal trafficking processes.

    On the other hand, Gαq localizes in lysosomes enriched in chaperone-mediated autophagy (CMA) and appears to positively modulate this process in both basal and prolonged starvation conditions. Our results postulate Gαq as a central molecular switch between different autophagic pathways, thus helping to maintain cellular homeostasis upon nutrient fluctuations.