Paper: CMA and evolution: insight from fish CFATG
Paper: CMA and evolution: insight from fish

Chaperone-Mediated Autophagy in the Light of Evolution: Insight from Fish

L Lescat, V Véron, B Mourot, S Péron, N Chenais, K Dias, N Riera, F Beaumatin, K Pinel, M Priault, S Panserat, B Salin, Y Guiguen, J Bobe, A Herpin, I Seiliez. Molecular Biology and Evolution. DOI: 10.1093/molbev/msaa127. Pubmed PMID: 32437540

Contacts: Iban Seiliez
Lien vers l’article / Link to the paper: https://academic.oup.com/mbe/article-abstract/37/10/2887/5841670?redirectedFrom=fulltext

Résumé de l’article:
L’autophagie médiée par les protéines chaperonnes (plus communément appelée CMA pour Chaperone-Mediated Autophagy) est une voie majeure du catabolisme lysosomal considérée aujourd’hui comme un acteur central de contrôle de nombreuses fonctions cellulaires, et associée à plusieurs pathologies humaines lorsque défectueuse. Selon l’idée actuellement admise, cette fonction cellulaire n’existerait que chez les mammifères ou les oiseaux, qui seraient les seuls à exprimer la protéine LAMP2A, une protéine nécessaire et limitante au fonctionnement de la CMA. Or, récemment, nous avons pu mettre en évidence l’existence de séquences exprimées présentant une forte homologie avec LAMP2A de mammifère chez plusieurs espèces de poissons, remettant de facto en question ce point de vue et suggérant une apparition plus précoce de la CMA au cours de l’évolution qu’initialement décrite. Dans cette étude, nous retraçons l’histoire évolutive du gène LAMP2 chez les vertébrés. Nous démontrons que ce gène est apparu après la seconde duplication complète du génome survenue chez l’ancêtre commun des vertébrés, et que les séquences protéiques déduites des gènes identifiés chez les poissons présentent une conservation élevée des motifs clés essentiels au bon fonctionnement de LAMP2A (1). En outre, en adaptant une méthode récemment décrite pour mesurer l’activité de la CMA dans des cellules de mammifères à une lignée de fibroblastes de Medaka (Oryzias latipes), nous apportons la preuve fonctionnelle de l’existence d’une activité de type CMA chez cette espèce de poisson (2). Enfin, afin de caractériser le rôle physiologique de cette fonction chez les poissons, nous avons procédé à l’invalidation par CRISPR-Cas9 de lamp2a chez le medaka. Les poissons générés présentent de sévères perturbations du métabolisme intermédiaire, comme précédemment décrit chez des souris dont LAMP2A a été invalidée dans le foie (3). Ces résultats démontrent clairement, et pour la toute première fois, qu’il existe une activité CMA fonctionnelle chez les poissons, et ouvrent ainsi de nouvelles perspectives dans ce domaine de recherche, notamment par l’utilisation de modèles génétiques (et phylogénétiques) complémentaires, tels que le poisson zèbre ou le medaka, pour faire avancer nos connaissances sur les mécanismes régissant cette fonction cellulaire.

Abstract:
Chaperone-Mediated-Autophagy (CMA) is a major pathway of lysosomal proteolysis recognized as a key player of the control of numerous cellular functions, and whose defects have been associated with several human pathologies. To date, this cellular function is presumed to be restricted to mammals and birds, due to the absence of an identifiable lysosome-associated membrane protein 2A (LAMP2A), a limiting and essential protein for CMA, in non-tetrapod species. However, the recent identification of expressed sequences displaying high homology with mammalian LAMP2A in several fish species challenges that view and suggests that CMA likely appeared earlier during evolution than initially thought. In the present study, we provide a comprehensive picture of the evolutionary history of the LAMP2 gene in vertebrates. We demonstrate that LAMP2 indeed appeared at the root of the vertebrate lineage, and that the protein sequences deduced from the genes identified in fish show a high conservation of key motifs shown to be essential for proper function of LAMP2A (1). Using a fibroblast cell line from medaka fish (Oryzias latipes), we further show that the splice variant lamp2a controls, upon long term starvation, the lysosomal accumulation of a fluorescent reporter commonly used to track CMA in mammalian cells (2). Finally, to address the physiological role of Lamp2a in fish, we generated knockout medaka for that specific splice variant, and found that these deficient fish exhibit severe alterations in carbohydrate and fat metabolisms, in consistency with existing data in mice deficient for CMA in liver (3). Altogether, our data provide the first evidence for a CMA-like pathway in fish and bring new perspectives on the use of complementary genetic (and phylogenetic) models, such as zebrafish or medaka, for studying CMA in an evolutionary perspective.

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