Elucidation of the genetic factors underlying chronic liver disease may reveal new therapeutic targets.We used exome sequence data and electronic health records from 46,544 participants in the DiscovEHR human genetics study to identify genetic variants associated with serum levels of alanine aminotransferase (ALT) and aspartate aminotransferase (AST). Variants that were replicated in three additional cohorts (12,527 persons) were evaluated for association with clinical diagnoses of chronic liver disease in DiscovEHR study participants and two independent cohorts (total of 37,173 persons) and with histopathological severity of liver disease in 2391 human liver samples.A splice variant (rs72613567:TA) in HSD17B13, encoding the hepatic lipid droplet protein hydroxysteroid 17-beta dehydrogenase 13, was associated with reduced levels of ALT (P=4.2×10-12) and AST (P=6.2×10-10). Among DiscovEHR study participants, this variant was associated with a reduced risk of alcoholic liver disease (by 42% [95% confidence interval {CI}, 20 to 58] among heterozygotes and by 53% [95% CI, 3 to 77] among homozygotes), nonalcoholic liver disease (by 17% [95% CI, 8 to 25] among heterozygotes and by 30% [95% CI, 13 to 43] among homozygotes), alcoholic cirrhosis (by 42% [95% CI, 14 to 61] among heterozygotes and by 73% [95% CI, 15 to 91] among homozygotes), and nonalcoholic cirrhosis (by 26% [95% CI, 7 to 40] among heterozygotes and by 49% [95% CI, 15 to 69] among homozygotes). Associations were confirmed in two independent cohorts. The rs72613567:TA variant was associated with a reduced risk of nonalcoholic steatohepatitis, but not steatosis, in human liver samples. The rs72613567:TA variant mitigated liver injury associated with the risk-increasing PNPLA3 p.I148M allele and resulted in an unstable and truncated protein with reduced enzymatic activity.A loss-of-function variant in HSD17B13 was associated with a reduced risk of chronic liver disease and of progression from steatosis to steatohepatitis. (Funded by Regeneron Pharmaceuticals and others.).

Membrane fusion and fission events in intracellular trafficking are controlled by both intraluminal Ca2+ release and phosphoinositide (PIP) signalling. However, the molecular identities of the Ca2+ release channels and the target proteins of PIPs are elusive. In this paper, by direct patch-clamping of the endolysosomal membrane, we report that PI(3,5)P2, an endolysosome-specific PIP, binds and activates endolysosome-localized mucolipin transient receptor potential (TRPML) channels with specificity and potency. Both PI(3,5)P2-deficient cells and cells that lack TRPML1 exhibited enlarged endolysosomes/vacuoles and trafficking defects in the late endocytic pathway. We find that the enlarged vacuole phenotype observed in PI(3,5)P2-deficient mouse fibroblasts is suppressed by overexpression of TRPML1. Notably, this PI(3,5)P2-dependent regulation of TRPML1 is evolutionarily conserved. In budding yeast, hyperosmotic stress induces Ca2+ release from the vacuole. In this study, we show that this release requires both PI(3,5)P2 production and a yeast functional TRPML homologue. We propose that TRPMLs regulate membrane trafficking by transducing information regarding PI(3,5)P2 levels into changes in juxtaorganellar Ca2+, thereby triggering membrane fusion/fission events. Phosphoinositides activate intracellular ion channels to release Ca2+ from membrane-bound stores. This study demonstrates that Ca2+-permeable mucolipin TRP channels, TRPMLs, are activated by the phospholipid PI(3,5)P2in murine endolysosomes and yeast vacuoles.

Phenotypic modification of dorsal root ganglion (DRG) neurons represents an important mechanism underlying neuropathic pain. However, the nerve injury-induced molecular changes are not fully identified. To determine the molecular alterations in a broader way, we have carried out cDNA array on the genes mainly made from the cDNA libraries of lumbar DRGs of normal rats and of rats 14 days after peripheral axotomy. Of the 7,523 examined genes and expressed sequence tags (ESTs), the expression of 122 genes and 51 expressed sequence tags is strongly changed. These genes encompass a large number of members of distinct families, including neuropeptides, receptors, ion channels, signal transduction molecules, synaptic vesicle proteins, and others. Of particular interest is the up-regulation of γ-aminobutyric acid A receptor α5 subunit, peripheral benzodiazepine receptor, nicotinic acetylcholine receptor α7 subunit, P2Y1 purinoceptor, Na + channel β2 subunit, and L-type Ca 2+ channel α2δ-1 subunit. Our findings therefore reveal dynamic and complex changes in molecular diversity among DRG neurons after axotomy.

Mutations in the human TRPML1 gene, a member of the transient receptor potential (TRP) superfamily of ion channels, cause mucolipidosis type IV disease. Symptoms of the condition include anaemia, psychomotor retardation and retinal degeneration. Xian-ping Dong et al. now show that TRPML1 acts as a Fe2+-permeable channel in lysosomes, and that disease-associated mutations impair Fe2+ transport. The work suggests that impaired iron transport underlies symptoms of mucolipidosis, including neurodegeneration, and that lysosome-targeting chelators might alleviate the degenerative symptoms of patients with mucolipidosis type IV. TRPML1 is a member of the Transient Receptor Potential (TRP) superfamily of ion channels, and mutation in the human TRPML1 gene causes mucolipidosis, symptoms of which include anaemia. It is shown that TRPML1 functions as a Fe2+-permeable channel in lysosomes, and that disease-associated mutations impair Fe2+transport, suggesting that impaired iron transport may underlie symptoms of mucolipidosis. TRPML1 (mucolipin 1, also known as MCOLN1) is predicted to be an intracellular late endosomal and lysosomal ion channel protein that belongs to the mucolipin subfamily of transient receptor potential (TRP) proteins1,2,3. Mutations in the human TRPML1 gene cause mucolipidosis type IV disease (ML4)4,5. ML4 patients have motor impairment, mental retardation, retinal degeneration and iron-deficiency anaemia. Because aberrant iron metabolism may cause neural and retinal degeneration6,7, it may be a primary cause of ML4 phenotypes. In most mammalian cells, release of iron from endosomes and lysosomes after iron uptake by endocytosis of Fe3+-bound transferrin receptors6, or after lysosomal degradation of ferritin–iron complexes and autophagic ingestion of iron-containing macromolecules6,8, is the chief source of cellular iron. The divalent metal transporter protein DMT1 (also known as SLC11A2) is the only endosomal Fe2+ transporter known at present and it is highly expressed in erythroid precursors6,9. Genetic studies, however, suggest the existence of a DMT1-independent endosomal and lysosomal Fe2+ transport protein9. By measuring radiolabelled iron uptake, by monitoring the levels of cytosolic and intralysosomal iron and by directly patch-clamping the late endosomal and lysosomal membrane, here we show that TRPML1 functions as a Fe2+ permeable channel in late endosomes and lysosomes. ML4 mutations are shown to impair the ability of TRPML1 to permeate Fe2+ at varying degrees, which correlate well with the disease severity. A comparison of TRPML1-/-ML4 and control human skin fibroblasts showed a reduction in cytosolic Fe2+ levels, an increase in intralysosomal Fe2+ levels and an accumulation of lipofuscin-like molecules in TRPML1-/- cells. We propose that TRPML1 mediates a mechanism by which Fe2+ is released from late endosomes and lysosomes. Our results indicate that impaired iron transport may contribute to both haematological and degenerative symptoms of ML4 patients.

Mammalian two-pore channel proteins (TPC1, TPC2; TPCN1, TPCN2) encode ion channels in intracellular endosomes and lysosomes and were proposed to mediate endolysosomal calcium release triggered by the second messenger, nicotinic acid adenine dinucleotide phosphate (NAADP). By directly recording TPCs in endolysosomes from wild-type and TPC double-knockout mice, here we show that, in contrast to previous conclusions, TPCs are in fact sodium-selective channels activated by PI(3,5)P2 and are not activated by NAADP. Moreover, the primary endolysosomal ion is Na+, not K+, as had been previously assumed. These findings suggest that the organellar membrane potential may undergo large regulatory changes and may explain the specificity of PI(3,5)P2 in regulating the fusogenic potential of intracellular organelles.

Abstract Cellular stresses trigger autophagy to remove damaged macromolecules and organelles. Lysosomes ‘host’ multiple stress-sensing mechanisms that trigger the coordinated biogenesis of autophagosomes and lysosomes. For example, transcription factor (TF)EB, which regulates autophagy and lysosome biogenesis, is activated following the inhibition of mTOR, a lysosome-localized nutrient sensor. Here we show that reactive oxygen species (ROS) activate TFEB via a lysosomal Ca 2+ -dependent mechanism independent of mTOR. Exogenous oxidants or increasing mitochondrial ROS levels directly and specifically activate lysosomal TRPML1 channels, inducing lysosomal Ca 2+ release. This activation triggers calcineurin-dependent TFEB-nuclear translocation, autophagy induction and lysosome biogenesis. When TRPML1 is genetically inactivated or pharmacologically inhibited, clearance of damaged mitochondria and removal of excess ROS are blocked. Furthermore, TRPML1’s ROS sensitivity is specifically required for lysosome adaptation to mitochondrial damage. Hence, TRPML1 is a ROS sensor localized on the lysosomal membrane that orchestrates an autophagy-dependent negative-feedback programme to mitigate oxidative stress in the cell.

To mediate the degradation of biomacromolecules, lysosomes must traffic towards cargo-carrying vesicles for subsequent membrane fusion or fission. Mutations of the lysosomal Ca2+ channel TRPML1 cause lysosomal storage disease (LSD) characterized by disordered lysosomal membrane trafficking in cells. Here we show that TRPML1 activity is required to promote Ca2+-dependent centripetal movement of lysosomes towards the perinuclear region (where autophagosomes accumulate) following autophagy induction. ALG-2, an EF-hand-containing protein, serves as a lysosomal Ca2+ sensor that associates physically with the minus-end-directed dynactin–dynein motor, while PtdIns(3,5)P2, a lysosome-localized phosphoinositide, acts upstream of TRPML1. Furthermore, the PtdIns(3,5)P2–TRPML1–ALG-2–dynein signalling is necessary for lysosome tubulation and reformation. In contrast, the TRPML1 pathway is not required for the perinuclear accumulation of lysosomes observed in many LSDs, which is instead likely to be caused by secondary cholesterol accumulation that constitutively activates Rab7–RILP-dependent retrograde transport. Ca2+ release from lysosomes thus provides an on-demand mechanism regulating lysosome motility, positioning and tubulation. Following autophagy induction, lysosomes move to the perinuclear region. Xu and colleagues delineate a pathway involving PtdIns(3,5)P2-mediated activation of the TRPML1 channel and the Ca2+ sensor ALG-2 in this process.

Abstract Functional compartmentalization in eukaryotic cells is essential for maintaining physiological processes. The development of systematic organelle proteomic techniques, such as Protein Correlation Profiling (PCP) and Localization of Organelle Proteins by Isotope Tagging (LOPIT), has enhanced our understanding of organelle dynamics and protein localization. However, the complexity of the data and the need for advanced computational skills limit their accessibility. To address this, we introduce C-COMPASS, an open-source software featuring a user-friendly interface that utilizes a neural network-based regression model to predict the spatial distribution of proteins across cellular compartments. C-COMPASS manages complex multilocalization patterns and integrates protein abundance information to model organelle composition changes under various biological conditions. Using C-COMPASS, we mapped the organelle proteomic landscapes of humanized liver mice in different metabolic states and modeled changes in organelle composition to provide insights into cellular adaptations. Additionally, we extended cellular maps to the lipid level by co-generating protein and lipid profiles. C-COMPASS trains neural networks with marker protein profiles to predict lipid localizations, enabling parallel mapping of lipid and protein localization. This approach overcomes the lack of knowledge of organelle-specific lipid markers and identifies previously unknown organelle-specific lipid species. C-COMPASS offers a comprehensive solution for studying organelle dynamics at the multi-omics level, designed to be accessible without requiring extensive computational expertise or specialized high-performance computing equipment.