科學家揭示漸凍人癥致病蛋白響應細胞應激新機制

中國科學院上海有機化學研究所生物與化學交叉研究中心方燕姍研究員課題組和劉聰研究員課題組合作的最新研究，揭示了不同類型的RNA精密調控TDP-43的相分離狀態(tài)，其在細胞應激時于核內形成具有細胞保護功能的無膜、液滴狀、高度動態(tài)且可逆的核顆粒，該研究團隊將之命名為“TDP-43核體” 。7月9日，該研究成果在線發(fā)表于《分子細胞》。TDP-43是一種重要的RNA結合蛋白，其基因突變可引起肌萎縮性側索硬化癥（ALS，俗稱“漸凍人癥”）。在正常細胞中，TDP-43蛋白主要彌散分布于細胞核內，但可穿梭至胞漿并與其他蛋白相互作用形成應激顆粒等各種核糖核蛋白復合物，參與RNA調控的多個步驟。在疾病狀態(tài)下，TDP-43在胞漿中形成異常蛋白聚集被認為與ALS的發(fā)生發(fā)展密切相關。但遺憾的是，核內TDP-43在細胞應激時的反應及其在ALS發(fā)病中的作用長期以來被忽視和低估。上海有機所科學家的研究表明，TDP-43核體是通過TDP-43蛋白的液—液相分離所形成，這一過程被RNA嚴格調控。TDP-43蛋白序列中的兩個RNA識別域在這一過程中分別發(fā)揮著不同甚至相互拮抗的“向心—離心”作用，因而分別缺乏二者的TDP-43核體分別展現出有趣的“核”“環(huán)” 形態(tài)。總RNA對TDP-43蛋白相分離具有抑制作用，這與細胞核中相對“抑制性”的微環(huán)境一致，因此很少看到正常細胞自發(fā)形成的TDP-43核體。但當細胞應激時，神經元中長鏈 NEAT1 的水平明顯升高，促進TDP-43蛋白發(fā)生相分離，從而引發(fā)TDP-43核體的組裝。下調細胞中NEAT1水平則會顯著減少應激細胞中TDP-43核體的形成，因此證明NEAT1 RNA對于TDP-43形成應激核體具有重要調控作用。TDP-43蛋白的D169G位突變位于其RNA識別域中，是一種已知的ALS致病突變。研究人員在這項工作中發(fā)現，D169G突變嚴重NEAT1 RNA促進TDP-43相分離和核體組裝的功能，導致細胞應激時有更多TDP-43蛋白從核內轉移至胞漿中，在持續(xù)應激下進一步發(fā)展成具有ALS病理特征的高度磷酸化的TDP-43蛋白聚集體。“相應的，D169G突變的TDP-43在人源細胞和果蠅模型中均引起比野生型TDP-43更強的細胞毒性和神經退化的表型。”研究人員表示，過去大量工作聚焦在TDP-43的出核及參與應激顆粒的功能和調控，而這項研究則突破這一慣性思維的限制，提示TDP-43核體的形成或許是細胞應激時的“第一防線”，其組裝或功能異?？赡芘cALS的發(fā)生有重要關系，為ALS發(fā)病機制和治療策略的研究提供新的思路和視角。(100yiyao.com）