RNA-based regulation of TDP-43 nuclear export in ALS/FTD

ALS/FTD 中基于 RNA 的 TDP-43 核输出调控

基本信息

  • 批准号:
    10640898
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 52.01万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-08-01 至 2026-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

TAR DNA-binding protein-43 (TDP-43) is an essential DNA/RNA-binding protein that plays a major role in RNA processing and stability. Although predominantly nuclear in localization, over 95% of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) cases and up to half of frontotemporal dementia (FTD) cases show mislocalization of TDP-43 to the cytoplasm. Substantial evidence links TDP-43 mislocalization to the pathogenesis of neurodegeneration in ALS/FTD, and TDP-43 mutations have been identified in subset of familial ALS cases, further supporting a primary role for TDP-43 disruption in disease. However, the cause of TDP-43 nuclear clearance in ALS/FTD remains unknown. A major barrier has been lack of understanding of the mechanism of TDP-43 nuclear export. Until recently, TDP-43 was thought to be a cargo of the nuclear export receptor, exportin-1 (XPO1). However, multiple recent studies demonstrate that XPO1 does not bind TDP-43 or mediate its export. Alternative export mechanisms may include passive diffusion from the nucleus, or active co-export with RNA, such as via the NXF1/TREX mRNA export complex. Our preliminary data show that TDP-43 nuclear export is ATP- and RNA- dependent, but the energy may be required upstream of the pore, for TDP-43 intranuclear mobility, rather than translocation across the nuclear pore complex (NPC). Indeed, a permeabilized cell assay suggests that, once displaced from nuclear RNA, TDP-43 likely diffuses out of the nucleus. Moreover, studies in an NXF1 auxin- inducible degron (AID) cell line suggest that the bulk mRNA pathway is not required for TDP-43 export. Based on these data, we hypothesize that ATP-dependent nuclear tethering of TDP-43, most likely to nuclear RNA, critically dictates the rate at which it diffuses into the cytoplasm. In the proposed studies, we will perform an arrayed CRISPRi and CRISPRa screen of a targeted library to determine the mechanism of energy-dependent nuclear tethering of TDP-43. Hits will be validated in nuclear transport and photobleaching assays, and also evaluated in ALS/FTD patient tissue. We will then combine high content microscopy with nucleocytoplasmic transport assays, including a newly developed permeabilized cell export assay, to confirm the mechanism of TDP-43 translocation across the nuclear pore during export. Additional AID cell lines and knockdown studies will be used to definitively exclude a role for the mRNA export pathway. Finally, we will test the therapeutic efficacy of a novel approach to promote TDP-43 nuclear retention, identified during our preliminary studies. Testing will include TDP-43 mutant Drosophila (in collaboration with the Daniela Zarnescu lab), TDP-43 mutant iNeurons, and mouse sciatic nerve axotomy, to determine if we can promote TDP-43 nuclear retention in vivo, and whether this strategy will attenuate molecular and neuropathologic features of TDP-43 proteinopathy. These studies will enable a precise mechanistic understanding of the mechanism and regulation of TDP-43 nuclear export, and advance preclinical testing of a candidate strategy to promote TDP-43 nuclear retention.
TAR DNA结合蛋白-43(TDP-43)是必不可少的DNA/RNA结合蛋白,在RNA中起主要作用 处理和稳定性。虽然主要是核定核的,但超过95%的肌萎缩性侧面 硬化病(ALS)病例和多达一半的额颞痴呆(FTD)病例显示TDP-43的静置错误 到细胞质。大量证据将TDP-43错误定位与神经退行性的发病机理联系起来 在ALS/FTD中,在家族性ALS病例的子集中已经确定了TDP-43突变,进一步支持A TDP-43破坏在疾病中的主要作用。但是,ALS/FTD中TDP-43核清除率的原因 仍然未知。主要的障碍是缺乏对TDP-43核出口机理的理解。 直到最近,TDP-43被认为是核出口受体Exportin-1(XPO1)的货物。然而, 最近的多项研究表明,XPO1不结合TDP-43或介导其出口。替代出口 机制可能包括从细胞核中被动扩散,或与RNA共同出口,例如通过 NXF1/Trex mRNA导出复合物。我们的初步数据表明,TDP-43核输出是ATP和RNA- 依赖性,但可能需要孔的上游,对于TDP-43核内迁移率,而不是 跨核孔复合物(NPC)的易位。确实,透化细胞测定法表明,一次 TDP-43从核RNA中移位,可能会从细胞核中扩散。此外,对NXF1生长素的研究 可诱导的degron(AID)细胞系表明TDP-43导出不需要大量mRNA途径。基于 在这些数据上,我们假设TDP-43的ATP依赖性核束缚,最有可能是核RNA, 批判性地决定了它扩散到细胞质中的速率。在拟议的研究中,我们将执行 有针对性库的Arryed Crispri和Crispra屏幕,以确定能量依赖的机理 TDP-43的核束缚。点击将在核运输和光漂白测定中得到验证,也将 在ALS/FTD患者组织中进行评估。然后,我们将将高含量显微镜与核细胞质结合在一起 运输分析,包括新开发的通透性细胞出口测定法,以确认 出口期间,TDP-43跨核孔的易位。其他援助细胞线和敲低研究 将用于明确排除mRNA输出途径的作用。最后,我们将测试治疗性 在我们的初步研究中确定的一种新型方法来促进TDP-43核保留率的功效。 测试将包括TDP-43突变果蝇(与Daniela Zarnescu实验室合作),TDP-43突变体 无神经元和小鼠坐骨神经轴切开术,以确定我们是否可以促进TDP-43体内核保留率, 以及该策略是否会减弱TDP-43蛋白质病的分子和神经病理特征。 这些研究将使对TDP-43的机制和调节的机理和调节有了精确的机械理解 核出口,并预先对促进TDP-43核保留的候选策略进行临床前测试。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Nuclear RNA binding regulates TDP-43 nuclear localization and passive nuclear export.
  • DOI:
    10.1016/j.celrep.2022.111106
  • 发表时间:
    2022-07-19
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Duan, Lauren;Zaepfel, Benjamin L.;Aksenova, Vasilisa;Dasso, Mary;Rothstein, Jeffrey D.;Kalab, Petr;Hayes, Lindsey R.
  • 通讯作者:
    Hayes, Lindsey R.
RNA-mediated ribonucleoprotein assembly controls TDP-43 nuclear retention.
RNA 介导的核糖核蛋白组装控制 TDP-43 核保留。
  • DOI:
    10.1371/journal.pbio.3002527
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    DosPassos,PatriciaM;Hemamali,ErandikaH;Mamede,LohanyD;Hayes,LindseyR;Ayala,YunaM
  • 通讯作者:
    Ayala,YunaM
Order from chaos: Using CSF proteomics to predict ALS progression.
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