Project 2: Tau metabolism: Quantifying tau half-life and secretion

项目 2:Tau 代谢:量化 tau 半衰期和分泌

基本信息

项目摘要

ABSTRACT Tauopathies may occur by familial mechanisms in which mutations in the MAPT gene are dominantly inherited causing frontotemporal lobar degeneration (FTLD-tau) or by sporadic mechanisms in which MAPT haplotypes are associated with increased disease risk (e.g. progressive supranuclear palsy and corticobasal degeneration). MAPT mutations and risk haplotypes have been proposed to drive disease pathogenesis through proteoforms that contain 3-microtubue binding domain repeats (3R tau), 4R tau, or both. However, the contribution of specific tau forms (proteoforms) to tau toxicity and the mechanisms by which tauopathies occur remains poorly understood. We hypothesize that MAPT mutations drive tau aggregation and neuronal dysfunction by altering tau metabolism and overall proteostasis at one of several potential nodes of regulation. In preliminary studies, we have shown that induced pluripotent stem cell derived-neurons expressing MAPT mutations exhibit changes in tau turnover compared to isogenic, control neurons, and we observed differences in the turnover of specific tau proteoforms in mutant neurons. Neurons expressing MAPT mutations exhibit enlarged lysosomal structures and secondary elevation of lysosomal enzymes, markers of lysosomes that are unable to properly degrade their contents. Correction of the mutant allele was sufficient to restore these lysosomal defects. This suggests that altered tau kinetics may be due to defects in the endolysosomal pathway. Thus, a unifying feature by which MAPT mutations drive tauopathy is through disrupted proteostasis. The objective of this study is to extend our preliminary findings to define the nodes and mechanisms by which tau proteoforms disrupt proteostasis in tauopathies. We hypothesize that specific tau proteoforms are sufficient to destabilize proteostasis, alter tau half-life and secretion, and to result in the accumulation of tau in vulnerable brain regions. To test this hypothesis, we will determine the extent to which MAPT mutations and genetic modifiers disrupt tau kinetics and how impaired proteostasis impacts tau secretion. We will also generate a systematic genetic interaction map to elucidate connections between MAPT mutations, alterations in the tau metabolism pathway, and associated therapeutic targets. Together, this study will reveal novel mechanisms underlying tauopathy that are driven by specific tau proteoforms and whether therapeutics designed to block specific tau proteoforms impact pathologic events. Project 2 will work synergistically with the Administration Core (Core A), Macromolecular Structure (Core B), Genomics and Transcriptomics Cores (Core C) and Project 1 to address the overall hypothesis that proper tau metabolism requires the precise, coordinated action of molecular chaperones, co-chaperones and lysosomal proteases. Tau Metabolism and Variant database (TMVdb) and Tau Polygenic Risk Score (TPRS) generated from this project will be an invaluable resource for the broader scientific community.
抽象的 家族机制可能会发生TAUOPATHIES,其中MAPT基因中的突变主要是 遗传引起额颞叶变性(FTLD-TAU)或通过零星机制 单倍型与疾病风险增加有关(例如,进行性核上麻痹和皮质虫 退化)。已经提出了MAPT突变和风险单倍型来驱动疾病发病机理 通过包含3-微管结合结构域重复序列(3R tau),4R tau或两者的蛋白质类型。但是, 特定的tau形式(蛋白质成型)对tau毒性的贡献以及发生auopathies的机制 仍然很了解。我们假设MAPT突变驱动Tau聚集和神经元 通过在调节的几个潜在节点之一中改变tau代谢和总体蛋白质的功能障碍。 在初步研究中,我们已经表明,诱导的表达MAPT的多能干细胞衍生的神经元 与等源性神经元相比 在突变神经元中特定的tau蛋白基础的周转中。表达MAPT突变的神经元表现出 溶酶体结构的肿大和溶酶体酶的继发升高,溶酶体的标志物 无法正确降低其内容。校正突变等位基因足以恢复这些 溶酶体缺陷。这表明改变的tau动力学可能是由于内溶血中的缺陷 路径。因此,统一的特征通过启动tauopathy的统一特征是通过破坏的蛋白质症。 这项研究的目的是扩展我们的初步发现,以定义节点和机制 tau蛋白质成型化合物破坏了tauopathies中的蛋白质抑制作用。我们假设特定的tau蛋白质成型足够 破坏蛋白质的稳定,改变tau的半衰期和分泌,并导致tau的积累 脆弱的大脑区域。为了检验这一假设,我们将确定mapt突变和 遗传修饰剂破坏了tau动力学以及蛋白质的受损如何影响tau的分泌。我们也会 生成系统的遗传相互作用图,以阐明MAPT突变之间的连接 在TAU代谢途径和相关的治疗靶标中。这项研究将共同​​揭示新颖 由特异性tau蛋白质型驱动的tauopathy的机制以及治疗剂是否驱动 旨在阻止特定的TAU蛋白质成型影响病理事件。项目2将与 给药核心(核心A),大分子结构(核心B),基因组学和转录组核(核心 c)和项目1解决总体假设,即适当的tau代谢需要确切的假设, 分子伴侣,共伴侣和溶酶体蛋白酶的协调作用。 tau代谢和 该项目生成的变体数据库(TMVDB)和TAU多基因风险评分(TPRS)将是一个 对更广泛的科学界的宝贵资源。

项目成果

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