在肌萎缩性侧索硬化症和额颞叶痴呆中,细胞核rna结合蛋白TDP-43的丢失导致神经元中错误拼接mrna的激增。到目前为止,这些错误的转录本中只有一种与疾病病理有关,那就是stat -2。现在,4月4日上传到bioRXiv的两份预印本详细说明了另一份——unc13a。该基因的变异增加了ALS/FTD的风险。

  • 神经元缺乏核TDP-43错误剪接UNC13A,使蛋白质更少。
  • UNC13A风险变体包含神秘的外显子。
  • 这仅发生在患TDP-43沉积物的脑和脊髓组织中。

其中一篇论文是由伦敦大学学院的彼得罗·弗拉塔和马里兰州贝塞斯达国家神经疾病和中风研究所的迈克尔·沃德领导的研究人员撰写的。第二个来自加州斯坦福大学的Aaron Gitler实验室,以及佛罗里达州杰克逊维尔梅奥诊所的Leonard Petrucelli实验室。这两篇论文都报道了如果TDP-43与UNC13A的结合失败,则转录本被错误拼接,UNC13A蛋白生成较少。在有TDP-43沉积的ALS/FTD患者的额叶皮层神经元中,携带un13a风险变异的细胞中错误剪接最高。这些研究支持了在细胞质中隔离TDP-43可能释放异常剪接事件,从而导致神经退行性疾病病理的观点。

休斯顿贝勒医学院(Baylor College of Medicine)的胡达·佐格比(Huda Zoghbi)赞扬了这两个小组的彻底实验。“他们将ALS-TDP-43积累和风险变异的两种现象与生物学解释联系在一起,”她告诉Alzforum。

在几乎所有患有ALS和FTD的人的人中,TDP-43被困在细胞溶胶中,在那里形成沉积物(2020年9月的新闻)。由于TDP-43蛋白水平落在核中,剪接误差通常会阻止开始放大(通过Klim等人,2021年;2011年3月的新闻)。一个这样的snafu是“神秘的外显子”。当一个内含子被错误地掺入mRNA时发生这种情况,这可能导致细胞功能障碍和死亡。在ALS中,神秘的外显子可以运行Amok,领导的研究人员寻找可能导致疾病病理的人(2015年8月新闻)。

此前,科学家发现,从细胞核中耗尽TDP-43会促使一个隐外显子形成微管结合蛋白statin -2,从而将其蛋白水平降低一半(12月2018年会议新闻;2019年1月新闻)。STMN2隐秘外显子仅发生在来自患有ALS的人的运动神经元中,他在其脊髓组织中具有较少的Stathmin-2蛋白。其他错误的成绩单可能会加剧ALS / FTD病理学?

要了解,两组搜索的剪接变化由于没有TDP-43引起的。来自病房和Fratta Labs,Co-First作者Anna-Leigh Brown,Oscar Wilkins和Matthew Keuss,所有在UCL和Sarah Hill在Ninds,用CrispR扼杀了人类诱导多能干细胞(IPSC)的TDP-43表达一定的神经元,然后测序RNA。他们发现了179个神秘的外显子。

共同第一作者,Gitler实验室的Rosa Ma和Petrucelli实验室的Mercedes Prudencio和Yuka Koike采用了不同的方法来评估剪接变异。他们重新分析了7名患有FTD或FTD/ALS (刘等人。,2019年)。他们发现65种不同的剪接成绩单在缺乏TDP-43,他们认为是值得进一步的研究。

拼接差异。在人类IPSC衍生的神经元中,敲击TDP-43(右)上调了含有隐蔽外显子的转录物的百分比,包括UNC13A和Stathmin-2(STMN2)中的转录物。每个圆圈表示拼接结。[棕色等人的礼貌,Biorxiv,2021.]

研究人员对UNC13A感兴趣,因为与ALS和FTD联系(2018年3月的新闻;2018年4月新闻)。以不协调的运动命名C. Elegans.当该基因发生突变时,UNC13A是调节轴突功能和神经递质释放的蛋白质家族的一员。在小鼠中,删除un13a会导致运动神经元缺陷(2009年9月新闻)。

新的神秘的外显子。与对照IPSC衍生的神经元(TEAL)的UNC13A拼接相比,具有TDP-43的细胞中的转录物被击倒(金)覆盖着神秘的外显子。内含子和隐蔽的外显子区域(Ce)中的单核苷酸多态性(SNP),接近TDP-43结合位点(绿色方形)拼接甚至更差。[棕色等人的礼貌,Biorxiv,2021.]

Lo和Phoold,两组在外显子20和21之间识别了相同的神秘外显子(见上面的图像)。与STMN2隐秘外显子一样,UNC13A含有一个止挡密码子,作者认为致命介导的mRNA衰减。在SH-SY5Y细胞和IPSC衍生的神经元中敲击TDP-43后,脊柱外显子出现,而正常的UNC13A mRNA和蛋白质衰落。

人们怎么样?棕色和同事分析了与MA和同事所做的相同的人RNA-SEQ数据集,只有在没有TDP-43的细胞核中发现神秘的外显子。在FTD的四个人中,MA和同事中的内侧前叶神经元在缺乏TDP-43的核中看到UNC13A隐秘外显子(见下文)。“UNC13A风险等位基因可能充当表面下的脚跟潜伏,直到TDP-43变得功能失调,”同事们在其预印刷出来之前不会引起问题。

退出TDP-43,进入密码外显子。在具有TDP-43沉积物(顶部)的人的内侧前叶神经元中,缺乏TDP-43(绿色)的UNC13A转录物(箭头)纳入UNC13A转录物(箭头)。在对照组织(底部)中,未进行隐蔽外显子(箭头)。[由Ma等,Biorxiv,2021]提供。

更广泛地看起来,两组两组从脑和脊髓组织提取物中测序RNA,从患有ALS或FTD和控制中的人员中取出纽约基因组中心(NYGC)ALS联盟。他们发现只有累积TDP-43存款的人的隐秘外显子。棕色和同事于89%的人检测到成绩单,他们有FTD和38%的人有38%。马和同事在FTD病例的近一半中看到了它。他们还发现了来自49例FTD病例或来自49例FTD病例或健康控制的63个额叶组织样本中的梅奥诊所脑银行。在NYGC样本中,隐性外显子的表达反映了TDP-43的沉积,出现在ALS患者的脊髓和运动皮质,而FTD患者的额叶和颞叶皮质。

风险snp从何而来
在UNC13A基因中,已知两个单核苷酸多态性(SNP),在附近的TDP-43结合区域中增加了碱性外显子和RS12608932中ALS / FTD:RS12973192的危险。这两个研究组都发现,这些变体削弱了TDP-43与UNC13A的结合。棕色和同事认为这减少了约束力促进了隐秘的拼接。

这些等位基因如何增加疾病风险?通过来自NYGC队列的全基因组测序(WGS)数据,棕色和同事发现,对于任何SNP纯合的人具有更多的UNC13A神秘的外显子转录物,而不是杂合子或非载体。用神秘的外显子的UNC13A转录物的量升高了STMN2隐蔽外显子,他们以前发现与TDP-43沉积物相关(Prudencio等人,2020年;评注玻璃2020.)。马和同事发现,携带RS12973192风险SNP的FTD / ALS的人在几乎每一个UNC13A转录物中表达了神秘的外显子,而常见等位基因的人则少3倍。

了解UNC13A蛋白的损失如何影响ALS / FTD将是下一步。“这个基因实际上有多贡献了运动神经元的消亡?”Zoghbi问道。马和同事发现了UNC13A变体加速疾病进展的证据。来自梅奥诊所银行的205人,拥有TDP-43押金的FTD,那些纯合的风险单倍型的人,包括UNC13A风险变体的含量比没有风险变异的人死亡。

错误拼接的STMN2和UNC13A可能只是冰山一角。“我很肯定会有其他人,”佐伊比说。“数据意味着它[隐秘外显子]可能与核TDP-43功能丢失的任何疾病相关,”她补充说。菲利普黄,约翰霍普金斯大学,巴尔的摩,同意。“其他隐秘的外显子也可能受到内含子的SNP的影响,以修改TDP-43绑定,”他写信给Alzforum。在Wong的团队中,寻找他们的狩猎(下面完整的评论).-切尔西威德曼伯克

注释

  1. 来自人类神经退行性疾病的最近研究强烈支持TDP-43的核消耗的观念,以及由此产生的受损剪接抑制,代表了有助于疾病发病机制的早期事件。首先,我们记录了ALS-FTD患者大脑的剪接抑制损失(Ling等人。,2015年)。第二,据报道,c9orf72连锁FTD-ALS患者在症状前阶段出现脑神经元TDP-43核耗尽,提示剪接抑制缺失是疾病进展的早期事件(Vatsavayai等,2016年)。第三,在没有细胞质夹杂物的情况下,在阿尔茨海默病病例中,也可以在阿尔茨海默病病病例中找到非经常性隐秘外显子。Sun等人,2017)。第四,TDP-43的ALS链接突变形式不能抑制非经过可靠的神经外显子(例如,Stathmin-2),与TDP-43细胞质聚集(Klim等,2019年;Melamed等人,2019年)。

    在这两篇论文中,un13a作为TDP-43隐外显子靶点与ALS-FTD的风险snp相关,这进一步支持了TDP-43剪接抑制的缺失导致疾病或影响其进展的观点。

    虽然TDP-43的耗尽将导致包含许多神秘的外显子,但TDP-43结合位点(UG富含元素)的改变也可能会对这两项研究所证明的潜在外显子包容性可能影响UNC13a隐秘外显子内的SNP。作为“转录组的监护人”,TDP-43,抑制不可渗透的神秘外显子,其中许多居住在内含子内。这提出了其他隐秘外显子目标的重要问题也受到ALS-FTD风险SNP的影响。

    根据第一原理,可以想象,一系列其他的隐性外显子可能受到snp的影响,这些snp通常位于内含子内,它们改变了TDP-43的结合。未来研究的积极结果将验证这一观点。

    引用:

    神经退化。在ALS-FTD中,TDP-43抑制非保守的隐性外显子科学。2015年8月7日; 349(6248):650-5。PubMed.

    C9ORF72扩增相关额度痴呆症病理特征的时间和意义大脑。2016年12月,139 (Pt 12): 3202 - 3216。2016年10月22日PubMed.

    在阿尔茨海默氏症缺乏TDP-43包涵体但表现出TDP-43核清除的大脑中,会发生隐蔽性外显子合并Acta Neuropathol。2017年6月133(6):923-931。2017年3月22日PubMed.

    与als相关的蛋白TDP-43维持STMN2的水平,而STMN2是运动神经元生长和修复的中介Nat Neurosci.。2019年2月22日(2):167-179。2019年1月14日PubMed.

    早产多腺苷酸化介导的静脉内损失是TDP-43依赖性神经变性的标志Nat Neurosci.。2019年2月22日(2):180-190。2019年1月14日PubMed.

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参考

新闻引用

  1. 在ALS和FTD中,两个不同的路由到TDP-43聚合
  2. TDP-43的剪辑瞥见了病理学
  3. Als-Linked蛋白质的新角色有助于解释神经变性吗?
  4. 超越核:TDP-43粘在一起,无论是好是坏
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  8. 研究简介:最新的ALS GWAS指向染色体9,19上的基因座

纸条引文

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外部引用

  1. 纽约基因组中心(NYGC)ALS联盟
  2. 梅奥诊所脑银行

进一步的阅读

文件

  1. UNC13A多态性促进散发性肌营养侧面硬化症的终兆疾病neurobiol老化。2019年1月; 73:190-199。EPUB 2018年9月27日PubMed.

主要论文

  1. UNC13A中的常见ALS / FTD风险变体加剧了其隐秘拼接2并损失TDP-43错误定位生物奇。4月4日,2021年4月4日。
  2. TDP-43在FTD / ALS基因UNC13A中抑制神秘的外显子夹杂物生物奇。4月4日,2021年4月。