The view of the lysosome as the terminal end of cellular catabolic pathways has been challenged by recent studies showing a central role of this organelle in the control of cell function. Here we show that a lysosomal Ca2+ signalling mechanism controls the activities of the phosphatase calcineurin and of its substrate TFEB, a master transcriptional regulator of lysosomal biogenesis and autophagy. Lysosomal Ca2+ release through mucolipin 1 (MCOLN1) activates calcineurin, which binds and dephosphorylates TFEB, thus promoting its nuclear translocation. Genetic and pharmacological inhibition of calcineurin suppressed TFEB activity during starvation and physical exercise, while calcineurin overexpression and constitutive activation had the opposite effect. Induction of autophagy and lysosomal biogenesis through TFEB required MCOLN1-mediated calcineurin activation. These data link lysosomal calcium signalling to both calcineurin regulation and autophagy induction and identify the lysosome as a hub for the signalling pathways that regulate cellular homeostasis. Medina, Ballabio and colleagues report that calcium release from the lysosome stimulates calcineurin, which dephosphorylates and activates TFEB. These findings reveal a central role for calcium signalling in autophagy and lysosome homeostasis.

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.

Significance Lysosomes are the cell’s degradation center. To adapt to different environmental conditions, the cell has evolved a set of delicate mechanisms to rapidly change lysosome function, which is referred to as lysosomal adaptation. Notably, lysosomal adaptation is required for cell survival under low nutrient conditions. In this study, we identified TRPML1, a lysosomal Ca 2+ -permeant ion channel, as an essential player required for lysosomal adaptation. The activity of TRPML1 is potently (up to 10-fold) and rapidly increased upon nutrient starvation. Furthermore, pharmacological inhibition or genetic deletion of TRPML1 completely abolished the effects of starvation on boosting the degradation capability of lysosomes.

Impaired homeostasis of lysosomal Ca2+ causes lysosome dysfunction and lysosomal storage diseases (LSDs), but the mechanisms by which lysosomes acquire and refill Ca2+ are not known. We developed a physiological assay to monitor lysosomal Ca2+ store refilling using specific activators of lysosomal Ca2+ channels to repeatedly induce lysosomal Ca2+ release. In contrast to the prevailing view that lysosomal acidification drives Ca2+ into the lysosome, inhibiting the V-ATPase H+ pump did not prevent Ca2+ refilling. Instead, pharmacological depletion or chelation of Endoplasmic Reticulum (ER) Ca2+ prevented lysosomal Ca2+ stores from refilling. More specifically, antagonists of ER IP3 receptors (IP3Rs) rapidly and completely blocked Ca2+ refilling of lysosomes, but not in cells lacking IP3Rs. Furthermore, reducing ER Ca2+ or blocking IP3Rs caused a dramatic LSD-like lysosome storage phenotype. By closely apposing each other, the ER may serve as a direct and primary source of Ca2+for the lysosome.

Pyroptosis, a novel form of programmed cell death, has been implicated in neurodegeneration diseases. However, its role in status epilepticus (SE)—a condition characterized by prolonged or repeated seizures—remains inadequately understood. SE were induced by intraperitoneal injection of pilocarpine (PILO). Neuronal excitability was assessed through electroencephalogram (EEG) recordings and patch clamp. Chromatin immunoprecipitation (ChIP) assay was applied to verify the interaction of phosphorylated signal transducer and activator of transcription 3 (p-STAT3) protein with the promoters of Nlrp3 (the gene encoding NOD-like receptor family pyrin domain containing 3) and Trpm7 (transient receptor potential melastatin 7). To further investigate the role of TRPM7 in SE, AAV-sh-TRPM7-EGFP transfected mice and TRPM7 conditional knockout (TRPM7-CKO) mice were utilized. Our findings revealed elevated levels of IL-18 and IL-1β levels in primary epilepsy patients, along with increased expression level of the TRPM7 in SE models. Knockdown of TRPM7 alleviated neuronal damage and pyroptosis, reversing PILO-treated neuronal hyperexcitability. We demonstrated that p-STAT3 binds to the promoters of both Trpm7 and Nlrp3, modulating their transcriptions in SE. Importantly, inhibition of TRPM7 with NS8593, and inflammasome inhibition with MCC950, alleviated neuronal hyperexcitability and pyroptosis in SE. A new compound, SDUY-225, formulated based on the structure of NS8593 mitigated neuronal damage, pyroptosis, and hyperexcitability. TRPM7 contributes to pyroptosis in SE, establishing a positive feedback loop involving the p-STAT3/TRPM7/Zn2+/p-STAT3 signaling pathway. Findings in this study raise the possibility that targeting TRPM7 and NLRP3 represents a promising therapeutic approach for SE.