Ziarnistości stresowe (SG) to ogniska cytoplazmatyczne zawierające RNA, powstające w odpowiedzi na ekspozycję na stres. Od czasu ich odkrycia w 1999 roku, ponad 120 białek zostało opisanych jako zlokalizowane w tych strukturach (w 154 publikacjach). Większość tych składników to białka wiążące RNA (RBP) lub zaangażowane w metabolizm i translację RNA. metabolizm RNA i translację. SG zostały powiązane z kilkoma patologiami w tym chorobami zapalnymi, nowotworami, infekcjami wirusowymi i chorobami neurodegeneracyjnymi, takimi jak amyotrofia. neurodegeneracyjnych, takich jak stwardnienie zanikowe boczne (ALS) i otępienie czołowo-skroniowe (FTD). W przypadku ALS i FTD większość przypadków nie ma znanej etiologii, a ekspozycja na na stres zewnętrzny jest często proponowana jako czynnik przyczyniający się do inicjacji choroby lub tempa jej progresji. Warto zauważyć, że zarówno ALS, jak i FTD charakteryzują się patologicznymi inkluzjami, w których niektóre dobrze znane markery SG lokalizują się z białkami TDP-43 i FUS związanymi z ALS. Proponujemy, aby TDP-43 i FUS służą jako interfejs między podatnością genetyczną a ekspozycją na stres środowiskowy w patogenezie choroby. narażeniem na stres środowiskowy w patogenezie choroby. Tutaj omówimy rolę TDP-43 i FUS w dynamice SG i jak mutacje związane z chorobą wpływają na ten proces. proces. --- Mutacje w genie kodującym Fused in Sarcoma (FUS) powodują stwardnienie zanikowe boczne (ALS), śmiertelną chorobę neurodegeneracyjną. stwardnienie zanikowe boczne (ALS), śmiertelne zaburzenie neurodegeneracyjne. FUS jest głównie białko wiążące DNA i RNA, które bierze udział w przetwarzaniu RNA. Duże FUS-immunoreaktywne inkluzje wypełniają perikarion przeżywających neuronów ruchowych pacjentów z ALS niosących mutacje post mortem. Ta sekwestracja FUS jest FUS zaburza przetwarzanie RNA i inicjuje neurodegenerację. Tutaj wykazać, że C-końcowe mutacje ALS zakłócają sygnał lokalizacji jądrowej (NLS) FUS, powodując akumulację cytoplazmatyczną w transfekowanych komórkach i fibroblastach pacjenta. fibroblastach pacjentów. Nieprawidłowa lokalizacja FUS jest ratowana przez dodanie dzikiego typu FUS NLS do zmutowanych białek. Wykazaliśmy również, że stres oksydacyjny rekrutuje zmutowany FUS do cytoplazmatycznych granulek stresowych, gdzie jest w stanie wiązać i sekwestrować FUS typu dzikiego. Podczas gdy FUS oddziałuje ze sobą bezpośrednio przez interakcję białko-białko, rekrutacja FUS do granulek stresowych i interakcja z PABP są zależne od RNA. Odkrycia te potwierdzają hipotezę hipotezę, zgodnie z którą cytoplazmatyczna błędna lokalizacja białka FUS, a następnie stres komórkowy, przyczynia się do powstawania agregatów cytoplazmatycznych, które mogą sekwestrować FUS, zakłócać przetwarzanie RNA i inicjować degenerację neuronów ruchowych. --- Mutacje w fuzji w mięsaku (FUS), białku wiążącym DNA/RNA, są związane z rodzinnym stwardnieniem zanikowym bocznym (fALS). związane z rodzinnym stwardnieniem zanikowym bocznym (fALS), które jest śmiertelną chorobą neurodegeneracyjną. chorobą neurodegeneracyjną, która powoduje postępujące osłabienie mięśni i ma pokrywające się cechy kliniczne i patologiczne ze zwyrodnieniem czołowo-skroniowym. zwyrodnieniem płatów czołowo-skroniowych. Jednakże, rola autofagii w regulacji FUS-pozytywnych granulek stresowych (SG) i agregatów pozostaje niejasna. Odkryliśmy, że ALS mutacja FUS(R521C) powoduje akumulację FUS-pozytywnych SG pod stresu oksydacyjnego, prowadząc do zakłócenia uwalniania FUS z SG w hodowanych neuronach. hodowanych neuronach. Autofagia kontroluje jakość białek lub organelli; Dlatego sprawdziliśmy, czy autofagia reguluje FUS (R521C) - dodatnie SG. Co ciekawe, FUS(R521C)-pozytywne SG były kolokalizowane z RFP-LC3-pozytywnymi autofagosomami. autofagosomami. Ponadto, FUS-pozytywne SG gromadziły się w mysich fibroblastach zarodkowych atg5(-/-) (MEF) i w neuronach z niedoborem autofagii. Jednakże, Ekspresja FUS(R521C) nie wpływała znacząco na degradację autofagiczną. Co więcej, aktywacja autofagii za pomocą rapamycyny zmniejszyła akumulację FUS-dodatnich SG w sposób zależny od autofagii. Rapamycyna dodatkowo zmniejszyła fragmentację neurytów i śmierć komórek w neuronach wyrażających zmutowany FUS w stresie oksydacyjnym. stresie oksydacyjnym. Ogólnie rzecz biorąc, przedstawiamy nowy mechanizm patogenetyczny ALS związany z mutacją FUS pod wpływem stresu oksydacyjnego, a także terapeutyczny wgląd w patologię FUS związaną z nadmierną ilością SG. --- Białka z rodziny FET składają się z fuzji w mięsaku/translokacji w liposarcoma (FUS/TLS), mięsak Ewinga (EWS) i czynnik związany z białkiem wiążącym TATA 15 (TAF15). Mutacje w dysmutazie ponadtlenkowej miedzi/cynku (SOD1), TAR białko wiążące DNA 43 (TDP-43) i białka z rodziny FET są związane z rozwojem amyotrofii. rozwojem stwardnienia zanikowego bocznego (ALS), śmiertelnej choroby neurodegeneracyjnej. choroby neurodegeneracyjnej. Obecnie nie ma lekarstwa na tę chorobę i dostępnych jest kilka skutecznych metod leczenia. skutecznych metod leczenia. Badania epidemiologiczne wskazują, że spożycie herbaty wiąże się ze zmniejszonym ryzykiem rozwoju chorób neurodegeneracyjnych. chorób neurodegeneracyjnych. Wyniki tego badania wykazały, że składniki ekstraktu z herbaty pu-erh (PTE) oddziaływały z białkami z rodziny FET, ale nie z TDP-43 lub SOD1. PTE indukował degradację białek z rodziny FET, ale nie miał wpływu na TDP-43 lub SOD1. Najczęściej występujący w ALS mutant białka FUS/TLS, R521C FUS/TLS, było również degradowane w obecności PTE. Ponadto, chlorek amonu chlorek amonu, inhibitor lizosomu, ale nie laktacyna, inhibitor proteasomu, zmniejszał degradację białka FUS/TLS przez PTE. PTE znacząco zmniejszyło włączanie R521C FUS/TLS do granulek stresowych w warunkach stresowych. Odkrycia te sugerują, że PTE może mieć korzystny wpływ na zdrowie, w tym zapobieganie wystąpieniu chorób neurodegeneracyjnych związanych z białkami z rodziny FET i opóźnianie progresji ALS poprzez hamowanie agregacji cytoplazmatycznej białek z rodziny białek z rodziny FET. --- Stwardnienie zanikowe boczne (ALS) jest postępującą, śmiertelną chorobą neuronów ruchowych. neuronów ruchowych bez skutecznych długoterminowych opcji leczenia. Niedawno TDP-43 zostało zidentyfikowane jako kluczowe białko w patogenezie niektórych przypadków ALS. Chociaż rola TDP-43 w degeneracji neuronów ruchowych nie jest jeszcze znana, wykazano, że TDP-43 TDP-43 gromadzi się w granulkach stresu RNA (SG) w modelach komórkowych i w tkance rdzenia kręgowego pacjentów z ALS. tkankach rdzenia kręgowego pacjentów z ALS. Związek SG może być wczesną patologiczną zmianą w metabolizmie TDP-43 i jako taki może być potencjalnym celem interwencji terapeutycznej. interwencji terapeutycznej. Akumulacja TDP-43 w SG indukowana przez hamowanie aktywności mitochondriów mitochondriów może być hamowana przez modulację aktywności kinazy komórkowej. aktywności kinaz komórkowych. Stwierdziliśmy również, że leczenie komórek i zwierzęcych modeli neurodegeneracji, w tym modelu ALS, biodostępnym kompleksami bis(tiosemikarbazonato)miedzi(II) (Cu(II)(btsc)s) może modulować aktywność kinazy i wywoływać efekty neuroprotekcyjne. W tym badaniu zbadaliśmy diacetylo-bis(-metylotiosemikarbazonato)miedzi(II) (Cu(II)(atsm)) i glioksalbis(-metylo-tiosemikarbazonato)miedzi(II) (Cu(II)(atsm)). glioksalbis(-metylotiosemikarbazonato)miedź(II) (Cu(II)(gtsm)) na TDP-43-pozytywnych SG indukowanych w komórkach SH-SY5Y w hodowli. Odkryliśmy, że Cu(II)(btsc) blokowały tworzenie się SG dodatnich pod względem TDP-43 i ludzkiego antygenu R (HuR) indukowanych przez parakwat. Cu (II) (btsc) chroniły neurony przed śmiercią komórkową za pośrednictwem parakwatu. śmiercią komórek. Efekty te były związane z hamowaniem fosforylacji ERK fosforylacji. Jednoczesne traktowanie hodowli Cu(II)(atsm) lub inhibitorem ERK PD98059 zarówno zapobiegało aktywacji ERK, jak i blokowało powstawanie TDP-43 i HuR-dodatnich SG. Leczenie Cu (II) (atsm) lub hamowanie ERK również zapobiegało nieprawidłowej akumulacji ubikwityny w komórkach traktowanych parakwatem, co sugeruje związek między przedłużoną aktywacją ERK a nieprawidłowym metabolizmem ubikwityny w stresem parakwatu i hamowaniem przez Cu. Co więcej, Cu(II)(atsm) zmniejszyła akumulację C-końcowego (219-414) TDP-43 w transfekowanych komórkach SH-SY5Y. Te wyniki pokazują, że kompleksy Cu(II)(btsc) mogą być potencjalnie opracowane jako środek neuroprotekcyjny modulujący funkcję kinaz neuronalnych i hamujący agregację agregację TDP-43. Uzasadnione są dalsze badania na modelach zwierzęcych TDP-43. --- Stwardnienie zanikowe boczne (ALS) jest zaburzeniem neurodegeneracyjnym polegającym na polegającym na postępującej utracie neuronów ruchowych. TDP-43 został zidentyfikowany jako składnik immunoreaktywnych inkluzji ubikwityny neuronów ruchowych w ALS. Skupiliśmy się na rozproszonej cytoplazmatycznej immunoreaktywności TDP-43 w neuronach ALS i oceniliśmy ilościowo w porównaniu z immunobarwieniem TDP-43 i ubikwityny w neuronach ruchowych ALS. w neuronach ruchowych 30 sporadycznych przypadków ALS. Odsetek neuronów ruchowych z cytoplazmatyczną immunoreaktywnością TDP-43 był wyższy niż niż w przypadku immunoreaktywności ubikwityny. Odsetek neuronów ruchowych TDP-43-pozytywnych neuronów ruchowych był niezależny od liczby neuronów w rogach przednich, podczas gdy odsetek ubikwitynowanych neuronów był odwrotnie skorelowany. Mając na celu zdefiniowanie cytozolowej lokalizacji TDP-43, analiza immunoblot rdzenia kręgowego i kory czołowej wykazała, że pełna kory czołowej wykazała, że TDP-43 pełnej długości, forma 45 kDa i ubikwitynowana TDP-43 znajdują się w rozpuszczalnej frakcji wolnej od inkluzji. Obecne dane sugerują, że delokalizacja, akumulacja i ubikwitynacja TDP-43 w cytoplazmie neuronów ruchowych cytoplazmie neuronów ruchowych są wczesnymi dysfunkcjami w kaskadzie zdarzeń prowadzących do degeneracji neuronów ruchowych. prowadzące do degeneracji neuronów ruchowych w ALS, poprzedzające powstawanie nierozpuszczalnych ciałek inkluzyjnych. nierozpuszczalnych ciałek inkluzyjnych. Ponieważ akumulacja cytoplazmatyczna jest zdarzeniem ciągłym w przebiegu choroby, można przewidzieć terapeutyczne podejście do tej nieuleczalnej choroby. można przewidzieć podejście terapeutyczne do tej nieuleczalnej choroby. --- TDP-43 jest białkiem wiążącym RNA związanym ze stwardnieniem zanikowym bocznym (ALS). o którym wiadomo, że reguluje splicing, transport i przechowywanie określonych mRNA do granulek stresowych. Chociaż wykazano, że TDP-43 oddziałuje z czynnikami czynnikami translacji, jego rola w syntezie białek pozostaje niejasna, a żadne cele translacji in i do tej pory nie zgłoszono żadnych celów translacji in vivo. Tutaj przedstawiamy dowody że TDP-43 wiąże się z mRNA futsch w kompleksie i reguluje jego ekspresję ekspresję w złączu nerwowo-mięśniowym (NMJ) u Drosophila. W kontekście Proteinopatia indukowana TDP-43, występuje znaczna redukcja futsch mRNA w NMJ w porównaniu z ciałami komórkowymi neuronów ruchowych, gdzie stwierdzamy wyższe poziomy transkryptu w porównaniu z kontrolą. transkryptu w porównaniu z grupą kontrolną. TDP-43 prowadzi również do znacznego zmniejszenia w ekspresji białka Futsch w NMJ. Frakcjonowanie polisomów w połączeniu z ilościowym PCR wskazują, że TDP-43 prowadzi do przesunięcia mRNA Futsch z aktywnie translujących polisomów do nietranslujących białek rybonuklearnych cząsteczki, co sugeruje, że oprócz wpływu na lokalizację, TDP-43 reguluje również translację mRNA futsch. Pokazujemy również, że nadekspresja futsch ma działanie neuroprotekcyjne poprzez wydłużenie życia, zmniejszenie agregacji TDP-43 i tłumiąc dysfunkcję lokomotoryczną podobną do ALS, a także nieprawidłowości NMJ nieprawidłowości związane z mikrotubulami i stabilizacją synaptyczną. Ponadto lokalizacja MAP1B, ssaczego homologa Futsch, jest zmieniona w rdzeniu kręgowym ALS w sposób podobny do naszych obserwacji w neuronach ruchowych Drosophila. Łącznie, nasze wyniki sugerują mechanizm zależny od mikrotubul w neuronach ruchowych. neuronów ruchowych spowodowany zależnymi od TDP-43 zmianami w lokalizacji i translacji mRNA futsch translacji in vivo. --- CEL: Białko FUS/TLS (ang. fused in sarcoma/translated in liposarcoma) zostało niedawno zidentyfikowane jako przyczyna rodzinnego stwardnienia zanikowego bocznego (ALS). niedawno zidentyfikowane jako przyczyna rodzinnego stwardnienia zanikowego bocznego (ALS), a także głównym składnikiem ciałek inkluzyjnych występujących w podtypach zwyrodnienia czołowo-skroniowego (FTLD). Choroby te są obecnie wspólnie znane jako nowe spektrum kliniczne, proteinopatia FUS. Mutacje FUS związane z ALS FUS są skupione w regionie C-końcowym; jednak właściwości molekularne zmutowanego FUS pozostają niejasne. zmutowanego FUS pozostają niejasne. Aby uzyskać wgląd w patogenezę proteinopatii FUS zbadaliśmy biochemiczne i komórkowe właściwości zmutowanego FUS w komórkach ekspresyjnych. zmutowanego FUS w komórkach wykazujących ekspresję. METODY I WYNIKI: Ekspresja mutacji FUS związanych z ALS spowodowała ich w cytoplazmatyczne granulki stresu (SG), struktury komórkowe, które pakują mRNA i białka wiążące RNA podczas stresu komórkowego. Seria mutantów delecyjnych ujawniła, że C-końcowy region w FUS jest krytyczny dla jądrowej retencji retencji jądrowej za pośrednictwem mechanizmu transportowego zależnego od Ran guanozynotrifosfatazy. A równoległe badanie dystrybucji subkomórkowej ujawniło, że mutanty związane z ALS addytywnie zaburzają funkcję C-końca dla ruchu jądrowego, powodując w akumulacji cytoplazmatycznej i tworzeniu SG. INTERPRETACJA: Badanie to pokazuje, że mutant FUS, któremu brakuje aktywności aktywności ruchu jądrowego C-końca, jest przemieszczany do cytoplazmy i w SG, wskazując, że zakłócenie regulacji translacji i metabolizmu mRNA poprzez metabolizm mRNA poprzez niewłaściwe/nadmierne SG może mieć kluczowe znaczenie dla proteinopatii FUS proteinopatii. Nasze odkrycia zapewniają nowy biologiczny i patologiczny wgląd w białko FUS, które powinny pomóc w zrozumieniu patogenezy ALS/FTLD. ALS/FTLD. --- Stwardnienie zanikowe boczne (ALS) jest śmiertelną chorobą neurologiczną. charakteryzującą się postępującą degeneracją neuronów ruchowych w połączeniu z agregacją neurofilamentów (NF). Procesowi temu towarzyszy w stechiometrii ekspresji białek podjednostek NF, tak że poziom poziomy mRNA NF (NFL) o niskiej masie cząsteczkowej są selektywnie tłumione. selektywnie tłumione. Wcześniej wykazaliśmy, że każdy z TDP-43, 14-3-3 i SOD1 mogą funkcjonować jako białka wiążące NFL mRNA 3'UTR, które bezpośrednio wpływają na stabilność transkryptów NFL. stabilność transkryptów NFL. W tym badaniu wykazaliśmy, że interakcja TDP-43 z NFL mRNA 3' UTR obejmuje motywy rybonukleotydowe (UG) motywy obecne na pętlach macierzystych 3'UTR, a także motywy RRM1 i RRM2 TDP-43. Ex vivo, białka TDP-43, 14-3-3 i SOD1 współdziałają w celu modulowania stabilności mRNA NFL stabilność NFL, chociaż in vivo tylko TDP-43 i zmutowane lub dzikie SOD1 kolokalizują w neuronach ruchowych ALS. Zaobserwowano, że TDP-43 kolokalizuje z granulkami transportowymi RNA (Staufen immunoreactive) zarówno w kontrolnych, jak i rdzeniowych neuronach ruchowych ALS. neuronach. W przeciwieństwie do tego, zarówno granulki stresu (immunoreaktywne TIA-1) i przetwarzanie ciała (ciała P; immunoreaktywne XRN-1) były bardziej rozpowszechnione w neuronach ruchowych ALS niż w grupie kontrolnej i wykazywały silną kolokalizację z TDP-43. Używając RNA-IP-PCR, dalej wykazujemy, że NFL mRNA jest preferencyjnie sekwestrowany do granulek stresowych i ciałek P w ALS. Dane te sugerują, że przetwarzanie NFL mRNA jest zasadniczo zmienione w rdzeniowych neuronach ruchowych ALS, aby faworyzować kompartmentalizacji zarówno w granulkach stresu, jak i ciałach P, i że TDP-43 odgrywa fundamentalną rolę w tym procesie.
Które składniki granulek stresu są związane ze zwyrodnieniem neuronów ruchowych w stwardnieniu zanikowym bocznym?
Warto zauważyć, że zarówno ALS, jak i FTD charakteryzują się patologicznymi inkluzjami, w których niektóre dobrze znane markery SG lokalizują się z białkami TDP-43 i FUS związanymi z ALS.