Disruption of nucleocytoplasmic transport in FUS-related neurodegenerative diseases

FUS 相关神经退行性疾病中核细胞质运输的破坏

基本信息

项目摘要

Impaired nucleocytoplasmic transport (NCT) of protein and RNA through the nuclear pore has recently emerged as a central mechanism in neurodegeneration. Indeed, we have recently shown that mutant huntingtin markedly exacerbates aging-related alterations in nuclear integrity and disruption of NCT, and defects in nuclear pore-mediated transport have also been uncovered in C9ORF72-related amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia (FTD). Here, we demonstrate that expression of mutant FUS, a protein linked to ALS and FTD, leads to a loss of nuclear pore integrity, altered nuclear envelope morphology and other phenotypes related to disrupted NCT in multiple, relevant models including isogenic human neurons and a novel FUS knock-in mouse model. In this project, we will further interrogate the relationship between disease-associated FUS and impaired NCT in ALS and FTD using the aforementioned model systems and human CNS tissues (Aim 1). To elucidate the mechanism by which expression of mutant FUS induces NCT-related phenotypes, we will further probe the interactions between FUS and nuclear pore proteins, and test the hypothesis that abnormal phase transitions involving mutant FUS and nuclear pore proteins contribute to disrupted NCT (Aim 2). We also posit that impaired NCT induces toxicity via the mislocalization of transcripts and proteins, a notion that will be tested by using RNA-sequencing and proteomics to compare gene expression after cellular fractionation in mutant FUS versus control neurons, before and after manifestation of NCT-related phenotypes (Aim 3). Finally, we will test the therapeutic potential of targeting nuclear export in FUS human neurons and mice using strategies that have already been shown to be both safe and effective across multiple human diseases (Aim 4). This synergistic collaboration between two academic groups and an industrial partner (who will provide the therapeutic compound for studies in our laboratories) has the potential to uncover new mechanistic insights to disease and establish the therapeutic potential of targeting nucleocytoplasmic transport in ALS/FTD.
蛋白质和RNA通过核孔的核细胞质转运(NCT)最近出现了 作为神经变性的中心机制。确实,我们最近已经表明,突变的亨廷顿明显 加剧核完整性和NCT破坏的衰老相关改变,以及核孔介导的缺陷 在C9ORF72相关的肌萎缩性侧索硬化症(ALS)和额颞痴呆症中也发现了运输 (FTD)。在这里,我们证明了突变FUS的表达,一种与ALS和FTD相关的蛋白质的表达导致核丧失 孔完整性,改变核包膜形态和与多个相关的NCT中断有关的其他表型 包括等源性人神经元和新型FUS敲入小鼠模型的模型。在这个项目中,我们将进一步 使用ALS和FTD中与疾病相关的FUS和NCT受损受损之间的关系 上述模型系统和人类CNS组织(AIM 1)。阐明表达的机制 突变FUS诱导与NCT相关的表型,我们将进一步探测FUS与核孔之间的相互作用 蛋白质,并检验以下假设:异常的相变涉及突变FUS和核孔蛋白 有助于破坏的NCT(AIM 2)。我们还认为,NCT损害通过错误定位的毒性诱导毒性 笔录和蛋白质,这是通过使用RNA测序和蛋白质组学来比较基因表达的概念 在NCT相关的表现之前和之后,突变FUS与对照神经元中的细胞分级分馏后 表型(目标3)。最后,我们将测试靶向人类神经元中核出口的治疗潜力, 使用已经证明在多种人类疾病中既安全又有效的策略的小鼠(AIM 4)。 两个学术团体与工业合作伙伴之间的这种协同合作(谁将提供治疗 在我们的实验室研究的化合物)有可能发现新的机械洞察并建立 靶向ALS/FTD中核细胞质转运的治疗潜力。

项目成果

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