Priony są białkami, które uzyskują dostęp do samoreplikujących się form amyloidu, które nadają zmiany fenotypowe, które mogą rozprzestrzeniać się z osobnika na osobnika w obrębie gatunku lub między gatunkami. Te zakaźne fenotypy mogą być korzystne, jak w przypadku prionów drożdży lub szkodliwe, jak w przypadku prionów ssaków, które przenoszą encefalopatię gąbczastą. gąbczaste. Zdolność do tworzenia samoreplikującego się amyloidu nie jest jednak unikalna dla białek prionowych. Zróżnicowane polipeptydy, które mają tendencję do zasiedlania stany wewnętrznie rozłożone również tworzą samokontemplujące konformery amyloidowe, które są związane z niszczycielskimi zaburzeniami neurodegeneracyjnymi. Co więcej, dwa białka wiążące RNA, FUS i TDP-43, które tworzą agregaty cytoplazmatyczne w w stwardnieniu zanikowym bocznym, posiadają "domenę prionową" podobną do tych występujących w kilku białkach prionowych drożdży. Czy te białka i choroby neurodegeneracyjne, z którymi są związane choroby neurodegeneracyjne, z którymi są powiązane, również mogą stać się "zakaźne"? Poniżej przedstawiamy postępy, które definiują przenoszalność form amyloidu związanych z chorobą Alzheimera, chorobą Parkinsona i chorobą Huntingtona. Łącznie, odkrycia te sugerują, że konformery amyloidu mogą rozprzestrzeniać się z komórki na komórkę w mózgach osób dotkniętych chorobą, rozprzestrzeniając w ten sposób specyficzne fenotypy neurodegeneracyjne. neurodegeneracyjne charakterystyczne dla białka przekształcanego w amyloid. amyloidu. Co ważne, ta przenoszalność nakazuje ponowną ocenę pojawiających się przeszczepów neuronów i komórek macierzystych. przeszczepów neuronów i terapii komórkami macierzystymi. W tym komentarzu sugerujemy, w jaki sposób te terapie mogą być zoptymalizowane w celu przezwyciężenia przenoszalnych konformerów, które które powodują neurodegenerację. --- Stwardnienie zanikowe boczne (ALS) jest nieuleczalną chorobą neurodegeneracyjną. która preferencyjnie atakuje neurony ruchowe. Niedawno odkryto, że dominujące mutacje mutacje w dwóch pokrewnych białkach wiążących RNA, TDP-43 (43-kDa TAR białko wiążące DNA domeny TAR) i FUS/TLS (fuzja w mięsaku/translacja w liposarkomie) powodują podzbiór ALS. Zbieżne fenotypy ALS związane z mutacjami TDP-43 i FUS/TLS sugerują związek funkcjonalny; jednak niezależnie od tego, czy TDP-43 i FUS/TLS działają we wspólnych szlakach biochemicznych nie jest znana. Tutaj my pokazujemy, że TDP-43 i FUS/TLS bezpośrednio oddziałują, tworząc kompleks na endogennych poziomach ekspresji w komórkach ssaków. poziomie ekspresji w komórkach ssaków. Wiązanie było pośredniczone przez niestrukturalny C-końcową domenę TDP-43 i zachodziło w kontekście kompleksu o masie 300-400 kDa który zawierał również C-końcowe produkty rozszczepienia TDP-43 związane z neuropatologią. neuropatologią. C-końcowe fragmenty TDP-43 zostały wykluczone z wielkocząsteczkowych kompleksów rybonukleoproteinowych TDP-43, ale zachowały aktywność wiązania FUS/TLS. Funkcjonalne znaczenie kompleksów TDP-43-FUS/TLS zostało ustalone przez wykazując, że wyciszenie RNAi albo TDP-43, albo FUS/TLS zmniejszyło ekspresję mRNA deacetylazy histonowej (HDAC) 6. TDP-43 i FUS/TLS związane z HDAC6 mRNA w nienaruszonych komórkach i in vitro, a eksperymenty konkurencji sugerowały, że białka zajmują nakładające się miejsca wiązania. Połączone wyniki pokazują że TDP-43 i FUS/TLS tworzą funkcjonalny kompleks w nienaruszonych komórkach i sugerują, że że zbieżne fenotypy ALS związane z mutacjami TDP-43 i FUS/TLS mogą odzwierciedlać ich udział we wspólnych procesach biochemicznych. --- Fused in sarcoma (FUS) jest białkiem wiążącym RNA zaangażowanym w patogenezę kilku chorób neurodegeneracyjnych. kilku chorób neurodegeneracyjnych. Agregacja nieprawidłowo zlokalizowanego FUS do w inkluzje nieamyloidowe jest uważana za kluczową w rozwoju dysfunkcji komórek. dysfunkcji komórek, ale mechanizm ich powstawania jest niejasny. Wykorzystując przejściową ekspresji panelu delecji i chimerycznych wariantów FUS w różnych hodowanych komórkach komórkach, wykazaliśmy, że FUS gromadzący się w cytoplazmie zarodkuje nowy typ granulek RNA, FUS. rodzaj granulek RNA, granulki FUS (FG), które są strukturalnie podobne, ale nie ale nie identyczne z fizjologicznymi granulkami transportowymi RNA. Tworzenie FGs wymaga FUS N-końcowej domeny podobnej do prionu i zdolności do wiązania specyficznych RNA. Klastrowanie FG w połączeniu z dalszą rekrutacją RNA i białek tworzą większe struktury, agregaty struktury, agregaty FUS (FA), które przypominają, ale wyraźnie różnią się od granulek stresowych. W warunkach osłabionej transkrypcji, FA tracą RNA i dysocjują na wolne od RNA kompleksy FUS, które stają się prekursorami dużych struktur podobnych do agregatów. Proponujemy model wieloetapowej agregacji FUS obejmujący etapy zależne i niezależne od RNA. Model ten może być można ekstrapolować na tworzenie patologicznych inkluzji w ludzkich FUSopatiach. --- Priony to samonapędzające się konformery białkowe, które są naturalnie przenoszone między osobnikami i promują zmiany fenotypowe. U drożdży fenotypy kodowane przez priony mogą być korzystne, neutralne lub szkodliwe w zależności od tła genetycznego i warunków środowiskowych. genetycznego i warunków środowiskowych. Charakterystyczna i przenośna "domena prionowa domena" wzbogacona w asparaginę, glutaminę, tyrozynę i glicynę ujednolica większość białek prionowych drożdży. większość białek prionowych drożdży. Usunięcie tej domeny wyklucza prionogenezę, a dołączenie tej domeny do białek reporterowych może nadać prionogenność. Algorytm zaprojektowany do wykrywania domen prionowych z powodzeniem zidentyfikował 19 domen, które mogą nadawać zachowanie prionowe. Przeszukiwanie ludzkiego genomu za pomocą tego algorytmu wzbogaca wybraną grupę białek wiążących RNA posiadających kanoniczny motyw rozpoznawania RNA (RRM) i domenę prionową. Rzeczywiście, spośród 210 ludzkich białek niosących RRM, 29 ma domenę prionową, a 12 z nich znajduje się w grupie 60 najlepszych kandydatów na priony w całym genomie. Co zaskakujące, ci Kandydaci na priony wiążące RNA nieuchronnie pojawiają się, jeden po drugim, w patologii i genetyce wyniszczających zaburzeń neurodegeneracyjnych, w tym: stwardnienie zanikowe boczne (ALS), czołowo-skroniowe zwyrodnienie płatowe z ubikwityną (FTLD-U), choroba Alzheimera i choroba Huntingtona. choroba. Na przykład, FUS i TDP-43, które zajmują 1. i 10. miejsce wśród kandydatów na priony niosące RRM kandydatów na priony, tworzą cytoplazmatyczne inkluzje w degenerujących się neuronach ruchowych pacjentów z ALS, a mutacje w TDP-43 i FUS powodują rodzinne ALS. Ostatnio, zaburzona proteostaza TAF15 wiążącego RNA, który jest 2. w rankingu kandydatem na priona noszącym RRM. prionów, została powiązana z ALS i FTLD-U. Mocno podejrzewamy, że że osiągnęliśmy zaledwie wierzchołek góry lodowej. Przewidujemy, że dodatkowych kandydatów na priony wiążące RNA zidentyfikowanych przez nasz algorytm wkrótce jako genetyczne modyfikatory lub przyczyny różnych chorób neurodegeneracyjnych. Rzeczywiście, proste prionopodobne mechanizmy transferu z udziałem domen prionowych białek wiążących białek wiążących RNA mogą leżeć u podstaw klasycznej nieautonomicznej emanacji komórek patologii neurodegeneracyjnej z epicentrów do sąsiednich części układu nerwowego. części układu nerwowego. Ten artykuł jest częścią specjalnego wydania zatytułowanego Białka wiążące RNA. --- Choroba Parkinsona (PD) jest zaburzeniem ruchu, które dotyka ponad milion osób w Stanach Zjednoczonych. w USA; stwardnienie zanikowe boczne (ALS lub choroba Lou Gehriga) jest mniej rozpowszechnione, ale również mniej rozpowszechniona, ale również występuje z dużą częstością. Te dwa zaburzenia czasami występują razem, co czyni badanie porównawcze interesującym. Zarówno ALS, jak i PD są choroby neurodegeneracyjne i charakteryzują się obecnością inkluzji wewnątrzneuronalnych; jednakże, różne klasy neuronów są dotknięte i białko pierwotne w inkluzjach różni się w zależności od choroby, a w niektórych przypadkach przypadki są różne w różnych postaciach tej samej choroby. Te obserwacje mogą sugerować, że bardziej ogólne podejście do zmiany szlaku proteostazy byłoby skuteczne w leczeniu tych zaburzeń. Analizując wyniki genetyki człowieka i badań na organizmach modelowych, a także z biochemicznej i biofizycznej charakterystyki białek zaangażowanych w obie choroby, stwierdzamy że większość przypadków PD można uznać za wynikające z nieprawidłowego fałdowania i i samoasocjacji do toksycznego gatunku małego białka neuronalnego α-synukleiny, i że strategie proteostazy mogą być wartościowe dla tego zaburzenia. W przypadku ALS sytuacja jest znacznie bardziej złożona i mniej jednoznaczna. dostępne dane są najbardziej spójne z poglądem, że ALS może być w rzeczywistości rodziną zaburzeń, prezentujących się podobnie, ale wynikających z różnych i nienakładających się przyczyn, w tym nieprawidłowej lokalizacji niektórych prawidłowo sfałdowanych białek i zaburzenie szlaków kontroli jakości RNA. Zastosowanie podejścia proteostazy do może wymagać ponownego przemyślenia lub poszerzenia koncepcji tego, co oznacza proteostaza. proteostazy. --- Stwardnienie zanikowe boczne (ALS) jest śmiertelną ludzką chorobą neurodegeneracyjną dotykającą głównie neurony ruchowe. Dwa białka wiążące RNA, TDP-43 i FUS, agregują się w zwyrodniałych neuronach ruchowych pacjentów z ALS, a mutacje w genach kodujących te białka mutacje w genach kodujących te białka powodują niektóre formy ALS. TDP-43 i FUS oraz kilka pokrewnych białek wiążących RNA zawiera domeny prionopodobne domeny, które pozwalają im na szybką samoasocjację. Ta właściwość jest krytyczna dla tworzenia i dynamiki komórkowych granulek rybonukleoproteinowych, tygli metabolizmu i homeostazy RNA. Ostatnie prace łączące TDP-43 i FUS z granulkami zasugerowały, w jaki sposób ten szlak komórkowy, który obejmuje agregację białek agregacja białek jako część jego normalnej funkcji, może być kooptowana podczas choroby patogenezy. --- Cytoplazmatyczne inkluzje zawierające białko wiążące DNA TAR o masie 43 kDa (TDP-43) lub Fused in sarcoma (FUS) są cechą charakterystyczną stwardnienia zanikowego bocznego (ALS) i kilku podtypów zwyrodnienia płata czołowo-skroniowego (FTLD). kilku podtypów zwyrodnienia czołowo-skroniowego (FTLD). FUS-dodatnie inkluzje u pacjentów z FTLD i ALS są konsekwentnie znakowane białkami markerowymi białkami markerowymi ziarnistości stresowych (SG). To, czy inkluzje TDP-43 zawierają markery SG jest obecnie nadal przedmiotem dyskusji. Określiliśmy wymagania dotyczące rekrutacji SG FUS i TDP-43 i stwierdziliśmy, że cytoplazmatyczna dyslokacja jest powszechnym warunkiem wstępnym rekrutacji FUS i TDP-43 do SG. W przypadku FUS domena palca cynkowego arginina-glicyna-glicyna, która jest główną domeną wiążącą RNA białka, jest najważniejsza dla SG. domena wiążąca RNA, jest najważniejsza dla rekrutacji SG, podczas gdy domena bogata w glicynę domena i domena motywu rozpoznawania RNA (RRM) mają niewielki wkład, a domena domena bogata w glutaminę jest zbędna. W przypadku TDP-43 zarówno RRM1, jak i C-końcowa domena bogata w glicynę są wymagane do lokalizacji SG. Mutacje punktowe związane z ALS mutacje punktowe zlokalizowane w domenie bogatej w glicynę TDP-43 nie wpływają na rekrutację SG rekrutację. Co ciekawe, 25-kDa C-końcowy fragment TDP-43, który jest wzbogacony w inkluzje korowe FTLD / ALS, ale nie w inkluzje rdzenia kręgowego, nie nie jest rekrutowany do SG. Konsekwentnie, inkluzje w korze pacjentów z FTLD pacjentów z FTLD, które są wzbogacone o fragmenty C-końcowe, nie są znakowane markerem markerem SG białkiem wiążącym poli(A) 1 (PABP-1), podczas gdy inkluzje w rdzeniu kręgowym, które zawierają pełną długość rdzenia kręgowego, które zawierają pełną długość TDP-43, są często dodatnie dla tego markera białko. --- Ekspansje powtórzeń nukleotydowych mogą wywoływać neurodegenerację jako RNA poprzez sekwestrację specyficznych białek wiążących RNA, uniemożliwiając im wykonywanie ich normalnych funkcji. I odwrotnie, mutacje w białkach wiążących RNA mogą wywoływać neurodegenerację neurodegenerację przynajmniej częściowo poprzez zmianę metabolizmu RNA. W zespole Fragile Fragile X-associated tremor/ataxia syndrome (FXTAS), ekspansja powtórzeń CGG w 5'UTR genu łamliwego chromosomu X (FMR1) prowadzi do postępującej neurodegeneracji u pacjentów. a powtórzenia CGG w izolacji wywołują toksyczność u Drosophila i innych zwierząt modelach zwierzęcych. Tutaj identyfikujemy związane ze stwardnieniem zanikowym bocznym (ALS) białko wiążące DNA TAR (TDP-43) jako supresor toksyczności indukowanej powtórzeniami CGG w modelu FXTAS u Drosophila. Uratowanie wydaje się specyficzne dla TDP-43, ponieważ koekspresja innego związanego z ALS białka wiążącego RNA FUS, nasila toksyczne działanie powtórzeń CGG. Tłumienie toksyczności CGG RNA zostało zniesione przez związane z chorobą mutacje w TDP-43. TDP-43 nie kolokalizuje z ogniskami CGG RNA, a jego zdolność do wiązania RNA nie jest wymagana do ratowania. Ratowanie zależne od TDP-43 wymaga jednak homologów hnRNP A2/B1 Hrb87F i Hrb98DE. Delecje w C-końcowej domenie TDP-43, które wykluczają interakcje z hnRNP A2/B1, znoszą zależne od TDP-43 ratowanie toksyczności powtórzeń CGG. W przeciwieństwie do tego, tłumienie toksyczności powtórzeń CGG przez hnRNP A2/B1 nie ma wpływu nokaut za pośrednictwem RNAi ortologa TDP-43 muchy, TBPH. ortologa TDP-43, TBPH. Wreszcie, TDP-43 hamuje wyzwalane przez powtórzenia CGG nieprawidłowe splicingowanie transkryptu ukierunkowanego na hnRNP A2/B1. Dane te potwierdzają model, w którym TDP-43 tłumi toksyczność za pośrednictwem CGG poprzez interakcje z hnRNP A2/B1 i sugerują zbieżność patogennych kaskad między zaburzeniami ekspansji powtórzeń i białkami wiążącymi RNA związanymi z chorobami neurodegeneracyjnymi. --- Plejotropowe konstytutywne mutanty fotomorfogeniczne/deetiolowane/fusca (cop/det/fus) mutanty Arabidopsis wykazują cechy siewek uprawianych na świetle, gdy są uprawiane w ciemności. Klonowanie i analiza biochemiczna COP9 ujawniły, że jest on składnikiem kompleksu wielobiałkowego, sygnałosomu COP9 (wcześniej znanego jako kompleks COP9). Tutaj porównujemy immunopowinowactwo i biochemiczną oczyszczanie sygnałosomu COP9 z kalafiora i potwierdzamy jego skład ośmiu podjednostek. Klonowanie molekularne podjednostki 4 kompleksu ujawniło, że jest to białko domeny eIF3 kompleksu proteasom-COP9 kodowane przez gen gen, który mapuje się na chromosomie 5, w pobliżu chromosomalnej lokalizacji mutacji cop8 i fus4. Testy komplementacji genetycznej wykazały, że mutacje cop8 i fus4 definiują ten sam locus, obecnie oznaczony jako COP8. Analiza molekularna genu kodującego podjednostkę 4 zarówno w mutantach cop8, jak i fus4 zidentyfikowała specyficzne zmiany molekularne zmiany molekularne, a nadekspresja cDNA podjednostki 4 w mutancie cop8 spowodowała całkowite uratowanie fenotypu mutanta. Tak więc wnioskujemy, że COP8 koduje podjednostkę 4 sygnałosomu COP9. Badanie możliwych interakcji molekularnych przy użyciu testu dwuhybrydowego drożdży wykazało, że że COP8 jest zdolny do silnej samoasocjacji, jak również interakcji z COP9, FUS6/COP11, FUS5 i Arabidopsis JAB1 homolog 1, przy czym te cztery ostatnie białka są wcześniej zdefiniowanymi podjednostkami signalosomu Arabidopsis COP9. A porównawcza analiza sekwencji wykazała, że COP8 jest wysoce konserwatywny wśród wielokomórkowych eukariontów i jest również podobna do podjednostki 19S regulatorowej cząsteczki 26S proteasomu. regulacyjnej cząsteczki proteasomu 26S. --- Stwardnienie zanikowe boczne (ALS) jest wyniszczającą i powszechnie śmiertelną chorobą neurodegeneracyjną. chorobą neurodegeneracyjną. Mutacje w dwóch pokrewnych białkach wiążących RNA, TDP-43 i FUS, które zawierają domeny podobne do prionów, powodują niektóre formy ALS. Istnieje co najmniej co najmniej 213 ludzkich białek zawierających motywy rozpoznawania RNA, w tym FUS i TDP-43, co stwarza możliwość, że dodatkowe białka wiążące RNA mogą przyczyniać się do patogenezy ALS. przyczyniać się do patogenezy ALS. Przeprowadziliśmy systematyczne badanie tych białek, aby znaleźć dodatkowych kandydatów podobnych do TDP-43 i FUS, a następnie bioinformatyczne, aby przewidzieć domeny podobne do prionów w podzbiorze z nich. Sekwencjonowaliśmy jeden z tych genów, TAF15, u pacjentów z ALS i zidentyfikowaliśmy warianty missense warianty, które były nieobecne u dużej liczby zdrowych osób z grupy kontrolnej. Te związane z chorobą warianty TAF15 powodowały powstawanie ognisk cytoplazmatycznych, gdy w pierwotnych hodowlach neuronów rdzenia kręgowego. Bardzo podobnie do TDP-43 i FUS, TAF15 agregował in vitro i powodował neurodegenerację u Drosophila, przy czym warianty związane z ALS mają poważniejszy wpływ niż typ dziki. Immunohistochemia pośmiertnej tkanki rdzenia kręgowego ujawniła błędną lokalizację TAF15 w neuronach ruchowych pacjentów z ALS. Proponujemy, aby białka wiążące RNA podatne na agregację mogą przyczyniać się bardzo szeroko do patogenezy ALS. patogenezę i geny zidentyfikowane w naszym funkcjonalnym ekranie drożdży, w połączeniu z z analizą przewidywania domen podobnych do prionów, zapewniają teraz potężne zasoby do ułatwić odkrywanie genów choroby ALS. --- Po raz pierwszy stwierdzono, że mutacje genu FUS powodują stwardnienie zanikowe boczne (ALS). stwardnienie zanikowe boczne (ALS). Późniejsze badania potwierdziły rolę mutacji w ALS, a także a także powiązały je z otępieniem czołowo-skroniowym (FTD). Ostatnio, poprzez Sekwencjonowanie egzomu następnej generacji zbliża się do mutacji skutkującej substytucję (p.Q290X) w domenie eksportu jądrowego białka FUS. nominowana jako przyczyna autosomalnego dominującego drżenia samoistnego (ET) w dużej rodzinie. rodzaju. Ponadto ostatnie doniesienia sugerują możliwą rolę mutacji TDP-43 mutacji w parkinsonizmie; TDP-43 jest kolejnym białkiem wiążącym RNA związanym z ALS. Biorąc pod uwagę te odkrycia, zbadaliśmy rolę wariantów FUS w Parkinsona (PD). Sekwencjonowaliśmy określone regiony genu kodującego trzy funkcjonalne domeny białka FUS u 702 pacjentów z PD. Nasze badanie sekwencjonowania nie zidentyfikowaliśmy żadnego nowego wariantu niesynonimicznego, który wpływać na podatność badanych na chorobę Parkinsona. Te odkrycia i wcześniejsze badania wykazały, że warianty w obrębie genu FUS są nie są częstą przyczyną PD lub ET, w porównaniu do ich roli w ALS. --- Stwardnienie zanikowe boczne (ALS) jest śmiertelną chorobą neurodegeneracyjną wpływającą na neurony ruchowe. Mutacje w powiązanych białkach wiążących RNA TDP-43, FUS/TLS i TAF15 zostały powiązane z ALS. Te trzy białka mają kilka wspólnych cech, w tym obecność przewidywanej bioinformatycznie domeny prionowej, podatny na agregację charakter in vitro i in vivo oraz toksyczne działanie podczas ekspresji w wielu systemach modelowych. Biorąc pod uwagę te podobieństwa, postawiliśmy hipotezę, że pokrewne białko pokrewne białko, EWSR1 (Ewing sarcoma breakpoint region 1), może również wykazywać podobne właściwości i dlatego może przyczyniać się do choroby. Tutaj przedstawiamy analizę analizę EWSR1 w wielu testach funkcjonalnych, w tym w badaniach przesiewowych mutacji u pacjentów z ALS i osób z grupy kontrolnej. Zidentyfikowaliśmy trzy warianty missense w EWSR1 w ALS, które były nieobecne u dużej liczby zdrowych osób kontrolnych. kontrolnych. Pokazujemy, że warianty specyficzne dla choroby wpływają na lokalizację EWSR1 w neuronach ruchowych. neuronach ruchowych. Dostarczamy również wiele niezależnych linii dowodów in vitro i in in vivo, że EWSR1 ma podobne właściwości jak TDP-43, FUS i TAF15, w tym zachowanie podatne na agregację in vitro i zdolność do nadawania neurodegeneracji u Drosophila. Analiza pośmiertna sporadycznych przypadków ALS również ujawniła cytoplazmatyczną dyslokację EWSR1. Łącznie nasze badania podkreślają potencjalną rolę EWSR1 w ALS, zapewniają zbiór testów funkcjonalnych, które mają być wykorzystać do oceny roli dodatkowych białek wiążących RNA w chorobie i wspierać wyłaniająca się koncepcja, że klasa podatnych na agregację białek wiążących RNA może przyczyniać się do ALS i powiązanych chorób neurodegeneracyjnych.
Jakie domeny umożliwiające samoasocjację istnieją w białkach TDP-43 i FUS?
PRION PROTEINS