Nepravilnosti v translaciji, ki so podlaga za amiotrofično lateralno sklerozo in frontotemporalno demenco povezano z mutacijo v genu C9orf72
Oznaka in naziv projekta
J3-4503 Nepravilnosti v translaciji, ki so podlaga za amiotrofično lateralno sklerozo in frontotemporalno demenco povezano z mutacijo v genu C9orf72
J3-4503 Translational irregularities underlying C9orf72-associated amyotrophic lateral sclerosis and frontotemporal dementia
Logotipi ARRS in drugih sofinancerjev
Projektna skupina
Vodja projekta: Boris Rogelj
Sodelujoče raziskovalne organizacije: Povezava na SICRIS
Sestava projektne skupine: Povezava na SICRIS
Vsebinski opis projekta
Amiotrofična lateralna skleroza (ALS) in frontotemporalna demenca (FTD) sta dve skrajni fenotipski manifestaciji progresivne nevrodegenerativne bolezni. Ena glavnih patoloških značilnosti obeh bolezni je prerazporeditev RNA-vezavnih proteinov iz jedra v citoplazmo, kjer tvorijo agregate. Pri približno 95 % bolnikov z ALS in 60 % bolnikov s FTD se v citoplazmi kopičijo agregati, ki jih sestavlja protein TDP-43, zato take bolezni pogosto imenujemo tudi proteinopatije TDP-43. Le za majhen delež teh agregatov so odgovorne mutacije v genu, ki nosi zapisza TDP-43. Zato se raziskave o vzrokih za razvoj ALS in FTD obolenj ter iskanju novih zdravil zanju, usmerjajo tudi v odkrivanje mehanizmov nastanka agregatov ne-mutiranega TDP-43. Prerazporejanje slednjega namreč lahko povzročajo tudi mutacije v drugih genih, povezanih s TDP-43 proteinopatijo, med katerimi je najpogostejša mutacija heksanukleotidnih ponovitev (HRE) GGGGCC ((G4C2)n) v genu C9orf72.
Natančen mehanizem, ki bi pojasnil vpliv mutacije HRE na agregacijo TDP-43, še vedno ni znan. Predvidevamo, da mutacija povzroča nevrodegenerativne spremembe preko treh mehanizmov, ki vključujejo: haploinsuficienco, toksičnost (G4C2)n ter (C4G2)n RNA in toksičnost prevedenih dipeptidnih ponovitev. Pri raziskavah toksičnosti RNA smo tudi mi, poleg drugih, identificirali in poročali o številnih RNA-vezavnih proteinih (RBP-jih), ki se in vitro vežejo na (G4C2)n RNA, kolokalizirajo z jedrnimi agregati (G4C2)n, imenovanimi RNA-fociji in se v transficiranih celicah ter C9ORF72-pozitivnih celicah možganov združujejo v ribonukleoproteinske (RNP) komplekse. Veliko manj pa je znanega o patomehanizmih protismiselnega zaporedja (C4G2)n RNA, čeprav ta bolje korelira s patologijo TDP-43. V sklopu priprav na projekt smo izvedli preliminarne poskuse in opazili zelo močno vezavo (C4G2)32 RNA s fenilalanin-tRNA sintetazo (FARS). Prva raven funkcionalne analize je pokazala, da (C4G2)32 RNA in vitro inhibira delovanje FARS encima, signifikantno pa se tudi zmanjša populacija vezane tRNA s Phe v C9orf72-mutiranih limfoblastih. V teh celicah smo nato opazili tudi zmanjšano izražanje s fenilalaninom-bogatih proteinov. Ta zanimiv niz eksperimentov tako pritrjuje hipotezi o translacijskih nepravilnostih kot zelo verjetnem mehanizmu za razvoj bolezni povezanih s HRE mutacijo v C9orf72 genu.
Cilj predlaganega projekta je določiti, pomen in terapevtski potencial translacijskih nepravilnosti, ki jih povzroča mutacija v C9orf72 genu za nevrodegenerativna obolenja. Glavni cilji so: 1) Karakterizacija inhibicije FARS z (C4G2)n RNA. 2) Določiti vpliv zmanjšanja populacije vezane tRNAPhe. 3) Ovrednotiti pomen odkrite translacijske nepravilnosti za bolezen. 4) Ustvariti področje novih terapevtskih pristopov za omilitev translacijskih nepravilnosti.
Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani SICRIS.
Faze projekta in opis njihove realizacije
V prvem časovnem obdobju izvedbe projekta smo opravili večino nalog pri ciljih ena, dva in tri. Rezultati teh poskusov so bili objavljeni v prestižni reviji Nature Communications.
Sodelovali smo tudi pri preglednih objavah s skupinami iz Hrvaške in Italije (2 x De Marchi et al., Biomedicines 2023).
Izsledke raziskav smo tudi predstavili na več konferencah (Slovensko biokemijsko društvo 2023; Slovensko nevroznanstveno društvo – Sinapsa 2023;. ENCALS 2023) ter vabljenih predavanjih (Antwerpen 2023, Alzheimer Caffee 2023).
Opravljena sta bila še dva mentrostva pri magistrskih delih ter dva mentorstva pri diplomskih delih.
Bibliografske reference
MALNAR, Mirjana, ČERČEK, Urša, YIN, Xiaoke, TIN HO, Manh, REPIČ-LAMPRET, Barbka, NEUMANN, Manuela, HERMANN, Andreas, ROULEAU, Guy, SUTER, Beat, MAYR, Manuel, ROGELJ, Boris. Phenylalanine-tRNA aminoacylation is compromised by ALS/FTD-associated C9orf72 C4G2 repeat RNA. Nature communications. 2023, vol. 14, article no. 5764, str. 1-15, ilustr. ISSN 2041-1723. https://www.nature.com/articles/s41467-023-41511-3#Abs1, DOI: 10.1038/s41467-023-41511-3. [COBISS.SI-ID 166968323]