含有RNA結(jié)合蛋白TAR DNA-binding protein (TDP-43) 的異常蛋白聚集是肌萎縮性側(cè)索硬化癥 (amyotrophic lateral sclerosis, ALS) 和額顳葉癡呆 (frontotemporal dementia, FTD) 的關(guān)鍵病理標(biāo)志物。ESCRT復(fù)合物蛋白charged multivesicular body protein 2B (CHMP2B) 也是一個與ALS和FTD都相關(guān)的致病蛋白，其致病機(jī)制被認(rèn)為主要是它的突變引起內(nèi)溶酶體-自噬通路功能障礙導(dǎo)致的。有趣的是，盡管超過95%的ALS病人和近45%的FTD病人中有TDP-43蛋白的異常聚集，在CHMP2B最常見的CHMP2BIntron5突變引起的FTD中沒有檢測到TDP-43蛋白的異常改變。因此，在以前發(fā)表的工作中，從未有人把TDP-43和CHMP2B這兩個與ALS/FTD都相關(guān)的致病蛋白進(jìn)行過分子機(jī)制上的關(guān)聯(lián)研究。
2021年11月2日，中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心方燕姍研究員課題組，在Journal of Cell Biology 在線發(fā)表題為“CHMP2B regulates TDP-43 phosphorylation and cytotoxicity independent of autophagy via CK1”的論文，該研究發(fā)現(xiàn)了CHMP2B可以通過非自噬依賴的途徑調(diào)控TDP-43的磷酸化和細(xì)胞毒性。
在這項工作中，研究人員首先通過果蠅篩選實驗發(fā)現(xiàn)CHMP2B的敲低可以改善TDP-43引起的神經(jīng)退化的表型，進(jìn)而綜合利用果蠅模型、哺乳動物細(xì)胞系和小鼠原代神經(jīng)元等實驗體系，揭示了CHMP2B可以通過調(diào)節(jié)蛋白激酶CK1的泛素化和由蛋白酶體介導(dǎo)的CK1蛋白降解過程來改變CK1的蛋白水平，從而最終影響TDP-43蛋白的磷酸化。CK1在CHMP2B調(diào)控TDP-43磷酸化中的作用是具有特異性的，因為只有改變CK1可以干預(yù)CHMP2B對TDP-43磷酸化水平的調(diào)節(jié)，而操縱另一個已知的TDP-43蛋白激酶TTBK1/2無法改變CHMP2B對TDP-43磷酸化水平的影響。
該研究的另一個重要發(fā)現(xiàn)是，CHMP2B在自噬通路中的作用和對TDP-43磷酸化的影響可以同時但獨(dú)立地參與到細(xì)胞毒性和神經(jīng)退化中。特別是，在CHMP2B基因中同一個位點(diǎn)的突變對這兩種功能的影響可以是不同的、甚至是相反的。比如CHMP2BIntron5 會引起劇烈的細(xì)胞自噬障礙，是一個dominant or hypermorphic mutation；但是對TDP-43磷酸化來講，CHMP2BIntron5不能像WT CHMP2B那樣維持和促進(jìn)TDP-43的磷酸化，是一個hypomorphic mutation（圖1）。這一發(fā)現(xiàn)很大程度上幫助了科研人員理解為什么CHMP2BIntron5 引起的FTD病人罕有TDP-43蛋白聚集或高度磷酸化的TDP-43的檢出。
此外，該工作還證明了CK1的抑制劑對于TDP-43和CHMP2B引起的神經(jīng)細(xì)胞毒性均有抑制作用，這為發(fā)展治療ALS/FTD以及相關(guān)神經(jīng)退行性疾病的新藥提供了方向。
該論文的共同第一作者是中國科學(xué)院上海有機(jī)所生物與化學(xué)交叉研究中心博士生鄧雪、孫行和岳文凱，交叉中心方燕姍研究員和暨南大學(xué)李昂副教授為共同通訊作者。該研究的經(jīng)費(fèi)支持主要來自國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院和上海市科委。
圖1. CHMP2B調(diào)節(jié)自噬和TDP-43磷酸化的雙重功能的示意圖
