Investigation on Ataxin2 and Matrin3 in neurodegenerative disease

Ataxin2 和 Matrin3 在神经退行性疾病中的研究

基本信息

  • 批准号:
    10668022
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 42.21万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-04-01 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Dysfunction or mutation of RNA binding proteins (RBPs) is associated with a growing number of neurodegenerative diseases (NDDs), including amyotrophic lateral sclerosis (ALS), AD/ADRDs and spinocerebellar ataxia type 2 (SCA2). The RBP Ataxin-2 is a potent modifier of ALS and targeting therapeutics are already in clinical trials. However, the underlying pathogenic mechanisms of Ataxin-2 in ALS and dementias, and the roles of its interaction with other pathogenic RBPs are poorly understood. We found that the nuclear matrix RBP Matrin-3 interacts with Ataxin-2 and propose to study the interaction functionally in ALS/FTD-relevant neurons. Mutations in Matrin-3 cause FTD, familial ALS and multisystem proteinopathy (MSP). Like TDP-43, Matrin-3 proteinopathy has been observed in ALS/FTD even when it is not mutated. Cytoplasmic aggregation of Matrin-3 has also been observed in Alzheimer’s disease (AD) patient neurons. Our preliminary data suggest that targeting MATR3 may be therapeutic for these disorders: We observed Matrin-3 overabundance in fibroblasts from ALS and FTD patients with C9ORF72 and TDP-43 mutations, that was normalized by lowering ATXN2 expression by RNAi. The FTD/ALS-relevant Matrin3-S85C mouse model displays extensive selective Purkinje cell (PC) loss. PCs are the neurons affected in SCA2 and the neuronal population with the greatest susceptibility to Ataxin-2 mutations. The severe cerebellar neurodegeneration in Matrin-3 S85C mice suggests a pathological link between Matrin-3 and Ataxin-2 that could define a neuronal death pathway relevant to other NDDs including FTD. We propose that in the context of disease, Ataxin-2 interaction with Matrin-3 will contribute to the development of pathology, and that targeting Ataxin-2 will mitigate Matrin-3 pathology and neuronal death. We plan to study pathology linked to Ataxin-2, Matrin-3 and ALS in isolated cultured neurons derived from Ataxin-2 knockout, Ataxin-2 expansion and TDP-43 mutation mice. We will determine the contribution of the different RBPs by expressing Matrin-3 mutations and/or knocking down Ataxin-2 with adenovirus and antisense oligonucleotide strategies already developed. The pathological phenotypes we propose to study include Matrin-3 levels, localization, changes in solubility, aggregation into condensates and toxicity to neurons, as well as ALS molecular readouts including TDP-43 aggregation and localization. We will also investigate the nucleation of other relevant proteinopathy biomolecules into the condensates. Analyzing these in the context of normal, expanded and knockout Ataxin-2 and mutated TDP-43 will inform on the roles of Ataxin-2, Matrin-3 and the interplay of RBPs in the pathogenetic mechanisms in SCA2 and ALS/FTD. This study will provide the initial proof-of-concept for directly targeting ATXN2 and MATR3 in ALS and FTD patients with MATR3 mutations, as well as in other AD/ADRD patients with Matrin-3 proteinopathy.
RNA 结合蛋白 (RBP) 的功能障碍或突变与越来越多的 神经退行性疾病 (NDD),包括肌萎缩侧索硬化症 (ALS)、AD/ADRD 和 2 型脊髓小脑共济失调 (SCA2)。RBP Ataxin-2 是 ALS 的有效调节剂,并且靶向治疗已进入临床试验。 Ataxin-2 在 ALS 和痴呆中的致病机制,以及它与其他致病性 RBP 相互作用的作用,我们发现核基质知之甚少。 RBP Matrin-3 与 Ataxin-2 相互作用,并建议研究 ALS/FTD 相关神经元中的相互作用。Matrin-3 突变导致 FTD、家族性 ALS 和多系统蛋白病。 (MSP)。与 TDP-43 一样,Matrin-3 蛋白病在 ALS/FTD 中也被观察到,即使它没有突变,我们的初步数据表明,Matrin-3 的细胞质聚集也被观察到。靶向 MATR3 可能对这些疾病有治疗作用:我们观察到患有 C9ORF72 和 TDP-43 突变的 ALS 和 FTD 患者的成纤维细胞中 Matrin-3 过多,通过 RNAi 降低 ATXN2 表达使 FTD/ALS 相关的 Matrin3-S85C 小鼠模型显示出广泛的选择性浦肯野细胞 (PC) 损失,PC 是 SCA2 和神经元中受影响的神经元。 Matrin-3 S85C 小鼠的严重小脑神经变性表明 Matrin-3 和 Ataxin-2 之间存在病理联系,这可能定义与其他 NDD(包括 FTD)相关的神经元死亡途径。在疾病背景下,Ataxin-2与Matrin-3的相互作用将有助于病理学的发展,而靶向Ataxin-2将减轻Matrin-3病理学和神经元死亡。我们计划在 Ataxin-2 敲除、Ataxin-2 扩增和 TDP-43 突变衍生的分离培养神经元中研究与 Ataxin-2、Matrin-3 和 ALS 相关的病理学 我们将通过表达Matrin-3突变和/或用已经开发的腺病毒和反义寡核苷酸策略敲低Ataxin-2来确定不同RBP的贡献,我们建议研究的病理表型包括Matrin-3水平、定位和变化。溶解度、凝结物的聚集和对神经元的毒性,以及 ALS 分子读数,包括 TDP-43 聚集和定位。我们还将研究其他成核的情况。在正常、扩增和敲除 Ataxin-2 和突变 TDP-43 的背景下分析这些蛋白病生物分子将了解 Ataxin-2、Matrin-3 的作用以及 RBP 在 SCA2 发病机制中的相互作用。这项研究也将为直接针对具有 MATR3 突变的 ALS 和 FTD 患者提供 ATXN2 和 MATR3 的初步概念验证。与其他患有 Matrin-3 蛋白病的 AD/ADRD 患者一样。

项目成果

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