Transglutaminase 2 is involved in autophagosome maturation

Autophagy is a highly conserved cellular process responsible for the degradation of long-lived proteins and organelles. Autophagy occurs at low levels under normal conditions, but it is enhanced in response to stress, e.g., nutrient deprivation, hypoxia, mitochondrial dysfunction and infection. “Tissue” transglutaminase (TG2) accumulates, both in vivo and in vitro, to high levels in cells under stressful conditions. Therefore, in this study, we investigated whether TG2 could also play a role in the autophagic process. To this end, we used TG2 knockout mice and cell lines in which the enzyme was either absent or overexpressed. The ablation of TG2 protein both in vivo and in vitro, resulted in an evident accumulation of microtubule-associated protein 1 light chain 3 cleaved isoform II (LC3 II) on pre-autophagic vesicles, suggesting a marked induction of autophagy. By contrast, the formation of the acidic vesicular organelles in the same cells was very limited, indicating an impairment of the final maturation of autophagolysosomes. In fact, the treatment of TG2 proficient cells with NH4Cl, to inhibit lysosomal activity, led to a marked accumulation of LC3 II and damaged mitochondria similar to what we observed in TG2-deficient cells. These data indicate a role for TG2-mediated post-translational modifications of proteins in the maturation of autophagosomes accompanied by the accumulation of many damaged mitochondria.

L’autofagia è un processo cellulare altamente conservato responsabile della degradazione di proteine ed organelli cellulari. L’autofagia avviene in maniera basale in condizioni normali, ma può essere indotta in risposta ad uno stress, come ad esempio deprivazione di nutrienti, ipossia, disfunzioni mitocondriali e infezioni. La transglutaminasi tissutale (TG2) si accumula, sia in vivo che in vitro, ad alti livelli in cellule in condizioni di stress. Su questa base, abbiamo deciso di studiare se la TG2 potesse giocare un ruolo nel processo autofagico. A questo proposito abbiamo utilizzato topi “knockout” per la TG2 e linee cellulari in cui l’enzima fosse sia assente o iper-espresso. La mancanza della TG2, sia in vivo che in vitro, provocava un evidente accumulo dell’isoforma LC3 II presente sugli autofagosomi, suggerendo una notevole induzione di autofagia. Al contrario, la formazione in queste stesse cellule di vescicole acide era molto scarsa, indicando un difetto nella maturazione finale degli autofagolisosomi. Infatti, trattando le cellule con NH4Cl, un inibitore dell’attività lisosomale, si aveva un marcato accumulo di LC3 II e di mitocondri danneggiati simile a quello osservato nelle cellule senza la TG2. Questi dati indicano un ruolo della TG2 nelle modificazioni post-traduzionali di proteine coinvolte nella maturazione degli autofagosomi accompagnati dall’accumulo di molti mitocondri danneggiati.