Stress Granules and the Biology of TDP-43
应激颗粒和 TDP-43 的生物学
基本信息
- 批准号:8432065
- 负责人:
- 金额:$ 58.2万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2012
- 资助国家:美国
- 起止时间:2012-03-01 至 2016-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AddressAmyotrophic Lateral SclerosisBindingBiologicalBiologyBrainCell LineCell NucleusCell modelCellsChimera organismComplexCytoplasmCytoplasmic GranulesCytoplasmic InclusionDataDendritesDiseaseDyesElementsEmployee StrikesFamilial Amyotrophic Lateral SclerosisFrontotemporal DementiaFunctional disorderGenesGenotoxic StressGrowth FactorHippocampus (Brain)HumanHuman Cell LineImageKnock-outLabelLeadLengthLinkLocationMeasuresMediatingMessenger RNAMolecularMonitorMotorMotor NeuronsMusMutationNerve DegenerationNeuronsNuclear RNAPathologyPathway interactionsPolyribosomesPopulationProcessProliferatingProtein BindingProteinsRNARNA-Binding ProteinsRegulationResearchRoleSCA2 proteinSpinal CordStressStructureSynapsesTherapeutic InterventionTissuesToxic effectTranscriptTransgenic MiceTranslationsWorkcytotoxicitygenetic risk factorhuman tissuein vivoinduced pluripotent stem cellmutantneuronal cell bodypolyglutamineprotein TDP-43protein complexprotein metabolismresponsetrafficking
项目摘要
TDP-43 is the principle component of inclusions in amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and in some
frontotemporal dementia (FTLD-U). TDP-43 is a nuclear RNA binding protein, which translocates to
the cytoplasm during stress where it forms cytoplasmic granules. Our research indicates that these
cytoplasmic TDP-43 inclusions co-localize with RNA granules termed "stress granules" (SGs) in cell
models and in the human brain. Disease-linked mutations in TDP-43 also increase formation of
inclusions associated with SGs. These data point to a strong biological connection between SGs and
TDP-43. This proposal will address the role of SG-dependent and independent processes in the
pathophysiology of ALS. We hypothesize that SG biology stimulates formation of TDP-43 inclusions,
and that pathogenic factors linked to ALS increase TDP-43 inclusion formation through a process
mediated by SG pathways. Aim 1 will use induced pluripotent stem cells (IPSCs, generated from
control and TDP-43 mutant human cell lines) and hippocampal neurons to characterize the regulation
of TDP-43 inclusion formation. We will use imaging to determine how disease-linked mutations in
TDP-43 modify formation and dispersion of RNA granules under basal or stressed conditions,
including genotoxic stress (e.g., effects of ataxin-2 ¿ expanded polyglutamine regions), excitatory stress
(K+) or growth factor stimulation. In each case we evaluate the role of RPCs (including SGs) in
particular locations, such as the soma or dendritic arbor, by genetically restricting RPC formation to the
nucleus, soma or soma/dendrite, and examining toxicity. Neurodegeneration will be monitored by
measuring dendritic length under the different conditions, and putative changes in dendritic structure
will be validated in human tissues. In Aim 2 we will identify molecular factors associated with TDP-43
inclusions. We will determine how pathological mutations in TDP-43 or other SG associated proteins
modify the proteins and mRNA that associate with TDP-43 under conditions ¿ inclusions. In Aim 3 we
will determine whether TDP-43 forms inclusion through a SG-augmented mechanism in vivo. This aim
will apply the work of Aims 1 & 2 to the in vivo setting, using transgenic mice expressing WT TDP-43.
We will identify proteins associated with inclusions in inducible TDP-43 WT transgenic mice. We will
investigate examine transgenic mouse lines expressing mutant TDP-43 to determine whether
expression of ataxin-2 Q21, 31 or 58 increases TDP-43 motor dysfunction, pathology. Finally we will
determine whether ataxin-2 knockout inhibits TDP-43 pathology. Investigating the particular elements
of the SG pathway that regulate TDP-43 inclusion formation will identify selective approaches for
therapeutic intervention to delay or halt the progression of ALS.
!
TDP-43 是肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 和某些疾病中包涵体的主要成分
额颞叶痴呆 (FTLD-43) 是一种核 RNA 结合蛋白,易位至
我们的研究表明,在应激过程中,细胞质会形成细胞质颗粒。
细胞质 TDP-43 内含物与细胞中称为“应激颗粒”(SG) 的 RNA 颗粒共定位
模型和人脑中与疾病相关的 TDP-43 突变也会增加
这些数据表明 SG 和 SG 之间存在很强的生物学联系。
TDP-43 该提案将讨论 SG 依赖和独立流程在
ALS 的病理生理学我们勇敢地承认 SG 生物学会刺激 TDP-43 包涵体的形成,
与 ALS 相关的致病因素通过一个过程增加 TDP-43 包涵体的形成
目标 1 将使用诱导多能干细胞(IPSC,由 SG 途径介导)。
对照和 TDP-43 突变人类细胞系)和海马神经元来表征调节
我们将使用成像技术来确定与疾病相关的突变是如何形成的。
TDP-43 在基础或应激条件下改变 RNA 颗粒的形成和分散,
包括基因毒性应激(例如,ataxin-2 的影响“扩展的聚谷氨酰胺区域)、兴奋性应激
在每种情况下,我们都会评估 RPC(包括 SG)的作用。
特定位置,例如体细胞或树突乔木,通过基因限制 RPC 的形成
细胞核、胞体或胞体/树突,并通过毒性检查来监测神经变性。
测量不同条件下的树突长度,以及树突结构的推定变化
将在人体组织中进行验证 在目标 2 中,我们将鉴定与 TDP-43 相关的分子因子。
我们将确定 TDP-43 或其他 SG 相关蛋白的病理突变是如何发生的。
在一定条件下修改与 TDP-43 相关的蛋白质和 mRNA在目标 3 中,我们
将确定 TDP-43 是否通过体内 SG 增强机制形成包涵体。
将使用表达 WT TDP-43 的转基因小鼠将目标 1 和 2 的工作应用于体内环境。
我们将鉴定与可诱导 TDP-43 WT 转基因小鼠中的内含物相关的蛋白质。
研究检查表达突变 TDP-43 的转基因小鼠系以确定是否
ataxin-2 Q21、31 或 58 的表达会增加 TDP-43 运动功能障碍,最后我们将进行病理学分析。
确定 ataxin-2 敲除是否抑制 TDP-43 病理学。
调节 TDP-43 包涵体形成的 SG 途径的研究将确定选择性方法
治疗干预以延缓或阻止 ALS 的进展。
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项目成果
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