Genetische screening in fruitvlieg verbindt nucleaire transport genen met DPR pathologie in c9ALS/FTD

16-02-2016

Steven Boeynaems, Elke Bogaert, Emiel Michiels, Ilse Gijselinck, Anne Sieben, Ana Jovičić, Greet De Baets, Wendy Scheveneels, Jolien Steyaert, Ivy Cuijt, Kevin J. Verstrepen, Patrick Callaerts, Frederic Rousseau, Joost Schymkowitz, Marc Cruts, Christine Van Broeckhoven, Philip Van Damme, Aaron D. Gitler, Wim Robberecht & Ludo Van Den Bosch

Samenvatting

De DNA herhalingen in C9orf72 zijn de meest voorkomende oorzaak van Amyotrofische Laterale Sclerose (ALS) en Frontotemporale Dementie (FTD) (c9ALS/FTD). De abnormale vertaling van deze herhalingen in proteïnen produceert dipeptide repetitieve eiwitten (DPRs) die kunnen leiden tot neurodegeneratie. We hebben een genetische screening uitgevoerd bij de fruitvlieg en ontdekten een cruciale rol voor import en export factoren, Ran-GTP cyclus regelatoren, componenten van de celkern porie en arginine methylases bij het regelen van de DPR toxiciteit. Deze bevindingen leveren bewijs aan voor een belangrijke rol voor het vervoer tussen celkern en cytoplasma in het pathogeen mechanisme van c9ALS/FTD.

 

Vertaling: ALS Liga: Anne

Bron: Nature

Lees meer: 

Nature: Scientific Reports

 

De belangrijke rol van nucleocytoplasmisch transport bij amyotrofische laterale sclerose en frontotemporale dementie

19-02-2016

Amyotrofische laterale sclerose (ALS) en frontotemporale dementie (FTD) zijn twee bijzonder ernstige en ongeneeslijke neurodegeneratieve aandoeningen bij volwassenen. Tien procent van de ALS-patiënten lijdt aan een familiale vorm van de ziekte, terwijl bij 40 % van de FTD-patiënten de oorzaak een genetische fout is. In 2011 werd de belangrijkste genetische oorzaak van ALS en FTD ontdekt. De causatieve mutatie was een herhaling van een stuk non-coderend DNA, een zogenoemde tandemherhaling in C9orf72, een gen met een ongekende functie. Een team wetenschappers heeft nu ontdekt dat proteïnen die worden omgezet door deze tandemherhaling ingrijpen op het nucleocytoplasmische transport dat essentieel blijkt te zijn bij het veroorzaken van ALS en FTD.

Prof. Ludo Van Den Bosch (VIB/KU Leuven): "Voor het eerst hebben we zicht op een functie van nucleocytoplasmisch transport bij deze vormen van ALS en FTD. Bovendien hebben deze inzichten een stevige basis, omdat ze bestudeerd zijn vanuit vier verschillende wetenschappelijke hoeken. Het is een belangrijke nieuwe stap voor ons begrip van deze vreselijke aandoeningen."

ALS en FTD

Bij ALS worden de motorneuronen aangetast in de motorische cortex en hersenstam en het motorisch ruggenmerg, terwijl bij FTD corticale neuronen in de frontotemporale cortex van de hersenen degenereren. Patiënten hebben een klinisch beeld dat ofwel voornamelijk motorisch is (ALS), voornamelijk frontotemporaal (FTD), ofwel een mengeling van beide (ALS-FTD). De motorische problemen bestaan uit spierzwakte en verlamming, die progressief verergeren en gewoonlijk drie tot vijf jaar na het begin van de ziekte fataal zijn. FTD-patiënten vertonen gedrags- of persoonlijkheidsveranderingen of problemen met taal.

Een tandemherhaling in gen C9orf72

De causatieve tandemherhaling in het gen C9orf72 is een GGGGCC-hexanucleotide herhalingsexpansie die kan leiden tot een afname in het C9orf72-proteïneniveau. Bovendien kan het herhalingsbevattende RNA toxisch werken, door uiteindelijk RNA-bindende proteïnen op te slorpen in de nucleus. Tot slot, en dit is des te meer van belang, kunnen de zogenoemde dipeptide herhalingsproteïnen (DPR's) die worden omgezet door dit herhalingsbevattende RNA eveneens giftig zijn. Deze DPR's worden omgezet door een onconventionele non-ATG-gemediatiseerde vorm van omzetting vanuit de hexanucleotide herhalingen in elk van de drie leesframes. Aangezien dit proces ook kan voorkomen vertrekkende vanuit antisensetranscriptie, werden er in het totaal vijf verschillende DPR's gevonden bij C9orf72-patiënten.

PhD student Steven Boeynaems en Dr. Elke Bogaert, onder leiding van prof. Ludo Van Den Bosch en prof. Wim Robberecht (VIB/KU Leuven), onderzochten of en hoe deze verschillende DPR's toxisch konden zijn. Te dien einde ontwikkelden de onderzoekers expressieconstructies die slechts één DPR uitdrukken. Op basis van gist- en fruitvliegmodellen ontdekten ze dat slechts twee van deze DPR's giftig waren, meer bepaald de glycine-arginine en proline-arginine DPR's. De wetenschappers onderzochten vervolgens hoe deze DPR's giftig waren, aan de hand van genetische tools in gist en fruitvliegen. In samenwerking met Dr. A. Gitler (Stanford University, VSA), werden eerst genoombrede genetische modificatieschermen toegepast op gist. Deze schermen werden sterk verrijkt voor genen die het nucleocytoplasmische transport controleren. Door dit toe te passen op fruitvliegen konden de onderzoekers het belang van dit proces bevestigen. De krachtigste modifier was de importfactor, transportin-1. Deze proteïne vervoert normaal gezien veel RNA-bindende proteïnen van het cytoplasma naar de nucleus. Dit proces werd gewijzigd in de transgenische fruitvliegen omdat deze cytoplasmische accumulatie van RNA-bindende proteïnen vertoonden. Ze kwamen bovendien tot de vaststelling dat in de hersenen van C9orf72-patiënten transportin-1-cargo's op de verkeerde plek werden gedeponeerd. Bio-informatische analyses suggereren dat herhalingen van glycine-arginine en proline-arginine de nucleaire lokalisatiesignalen van deze proteïnen kunnen nabootsen en de nucleaire import kunnen kapen door het nucleocytoplasmische transportsysteem te overbelasten.

Prof. Wim Robberecht (VIB/KU Leuven): "Recent nog werden twee andere papers gepubliceerd in Nature, waarbij gebruik werd gemaakt van fruitvliegen die C9orf72-herhalingen bevatten, met als resultaat zowel toxisch herhalings-RNA en toxische DPR's, en ook zij kwamen tot het besluit dat defectief nucleocytoplasmisch transport van belang is bij C9orf72-ALS en/of FTD. Het is interessant dat de meeste patiënten met ALS en/of FTD, ook degenen met C9orf72 hexanucleotide herhalingen, afwijkende cytoplasmische aggregaten hebben van normaal gezien nucleaire RNA-bindende proteïnen. Bijgevolg kan het moduleren van het nucleocytoplasmische transport een nieuwe en veelbelovende therapeutische piste worden."

 

Vertaling: Bart De Becker

Bron: VIB

Share