Determining How Defective Nucleo-Cytoplasmic Trafficking Leads To Neurodegeneration In C9orf72-Related ALS And FTD
确定缺陷性核细胞质运输如何导致 C9orf72 相关 ALS 和 FTD 中的神经变性
基本信息
- 批准号:10334500
- 负责人:
- 金额:$ 37万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2018
- 资助国家:美国
- 起止时间:2018-03-01 至 2025-02-28
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:ALS patientsAffectAmyotrophic Lateral SclerosisArginineBiochemicalC9ORF72CRISPR/Cas technologyCell FractionationCell NucleusCell modelCellsCoupledCytoplasmDefectDipeptidesDiseaseDrosophila genusGenesGeneticGenetic ScreeningGenetic TranscriptionGoalsHistone H4ImpairmentIn VitroIntronsLeadLightLinkMediatingMessenger RNAMethylationModelingMolecularMotor NeuronsMutationNerve DegenerationNeuronsNuclearNuclear ProteinsPathologyPathway interactionsPatientsPost-Translational Protein ProcessingProductionProtein-Arginine N-MethyltransferaseProteinsProteomeProteomicsRNARNA SplicingRNA TransportRNA metabolismResourcesRoleSeriesSmall Interfering RNASystemTestingTherapeutic InterventionTissuesToxic effectTranslatingTranslationsWorkYeastsarginine methyltransferasebaseexperimental studyflyfrontotemporal lobar dementia-amyotrophic lateral sclerosisgain of functionin vivoinduced pluripotent stem cellmotor neuron degenerationmotor neuron functionmutantneuropathologyneurotoxicneurotoxicitynovelnucleocytoplasmic transportoverexpressionprotective effectprotein TDP-43protein distributionprotein transportsporadic amyotrophic lateral sclerosistherapeutic targettraffickingtranscriptome sequencing
项目摘要
ABSTRACT
The most common genetic cause of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia (FTD) is
a hexanucleotide (G4C2)n repeat expansion (HRE) in the first intron of the C9orf72 (C9) gene. RNA and
dipeptide repeats (DPRs) that are transcribed and translated from the C9-HRE respectively, have been shown
to be neurotoxic. In a series of genetic screens in the fly and yeast, several groups recently showed that both
RNA repeats and DPRs impair nucleocytoplasmic transport. However, the identities of the RNA and protein
substrates affected by this defect in mutant C9 motor neurons (MNs), the specific downstream effects of these
changes, and their contribution towards neurotoxicity remain unknown. What also remains elusive is the
broader relevance of this mechanism for sporadic ALS, although cytoplasmic accumulation of nuclear proteins
such as TDP43 is a neuropathological hallmark in almost all ALS and FTD patients. In our own preliminary
work we have conducted large-scale sub-cellular proteomic analysis in a C9-HRE cellular model and have
identified and validated a number of mislocalized candidate proteins including PRMT1. In the present study we
will use patient-derived neurons, patient CNS tissue, and in vivo Drosophila models to test the hypothesis that
ALS/FTD-related neurotoxicity is caused by a disruption the nucleus/cytoplasmic (N/C) distribution of specific
classes of mRNAs and proteins. In Aim 1, we will use patient-specific iPSC-derived MNs and employ molecular
and precise biochemical subcellular fractionation coupled to RNA-Seq and MS-based quantitative proteomics.
We will use multiple C9 and control iPSCs, as well as an isogenic control iPSC line, in which we have
corrected the HRE though CRISPR/Cas9 gene editing. Identifying the mRNAs and proteins that are miss-
compartmentalized in patient MNs is an essential first step towards elucidating the link between defective
nucleocytoplasmic transport and neurotoxicity. In Aim 2, we will use cellular models, patient tissue and in vivo
Drosophila models of C9-HRE toxicity to systematically validate these molecular perturbations and assess their
contribution towards ALS/FTD-related neurodegeneration. In Aim 3, we will determine how cytoplasmic
accumulation of PRMT1, an essential arginine methyltransferase, impacts MN function and survival. Taken
together, our proposed aims will shed light into the cellular mechanisms that are compromised by abnormal
nucleocytoplasmic mRNA/protein distribution in patients and will likely uncover therapeutic targets for C9 and
potentially sporadic ALS/FTD.
抽象的
肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 和额颞叶痴呆 (FTD) 最常见的遗传原因是
C9orf72 (C9) 基因的第一个内含子中的六核苷酸 (G4C2)n 重复扩展 (HRE)。核糖核酸和
已显示分别从 C9-HRE 转录和翻译的二肽重复序列 (DPR)
具有神经毒性。在对果蝇和酵母进行的一系列基因筛选中,几个研究小组最近表明,
RNA 重复序列和 DPR 会损害核细胞质运输。然而,RNA 和蛋白质的身份
受突变 C9 运动神经元 (MN) 缺陷影响的底物,这些底物的特定下游效应
变化及其对神经毒性的贡献仍然未知。同样仍然难以捉摸的是
尽管核蛋白在细胞质中积累,但该机制与散发性 ALS 具有更广泛的相关性
TDP43 等是几乎所有 ALS 和 FTD 患者的神经病理学标志。在我们自己的初步
我们在 C9-HRE 细胞模型中进行了大规模亚细胞蛋白质组分析,并得到了
鉴定并验证了许多错误定位的候选蛋白,包括 PRMT1。在本研究中我们
将使用患者来源的神经元、患者中枢神经系统组织和体内果蝇模型来检验以下假设:
ALS/FTD 相关的神经毒性是由特定物质的细胞核/细胞质 (N/C) 分布破坏引起的。
mRNA 和蛋白质的类别。在目标 1 中,我们将使用患者特异性 iPSC 衍生的 MN 并采用分子
精确的生化亚细胞分级分离与 RNA-Seq 和基于 MS 的定量蛋白质组学相结合。
我们将使用多个 C9 和对照 iPSC,以及同基因对照 iPSC 系,其中我们有
通过 CRISPR/Cas9 基因编辑纠正了 HRE。识别缺失的 mRNA 和蛋白质
对患者 MN 进行分区是阐明缺陷之间联系的重要第一步
核细胞质运输和神经毒性。在目标 2 中,我们将使用细胞模型、患者组织和体内
C9-HRE 毒性的果蝇模型系统地验证这些分子扰动并评估其
对 ALS/FTD 相关神经变性的贡献。在目标 3 中,我们将确定细胞质如何
PRMT1(一种重要的精氨酸甲基转移酶)的积累会影响 MN 的功能和存活。采取
总之,我们提出的目标将揭示异常损害的细胞机制
患者核细胞质 mRNA/蛋白质分布,可能会揭示 C9 和 C9 的治疗靶点
潜在散发性 ALS/FTD。
项目成果
期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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- 通讯作者:Kiskinis, Evangelos
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