Packard Center onderzoek breidt het zoeken naar ALS genen uit

RNA-bindende eiwitten vertonen sterke banden met ALS

Een nieuwe studie, geleid door Packard Center wetenschapper Aaron Gitler, heeft een strategie ontwikkeld, die gist gebruikt om nieuwe genen, die verantwoordelijk kunnen zijn voor Amyotrofische Laterale Sclerose (ALS) te helpen identificeren. Gitler, een celbioloog aan de Universiteit van Pennsylvania, en zijn collega's laten zien dat een soort genen die zich binden aan RNA, verantwoordelijk kunnen zijn voor meer gevallen van ALS dan eerder gedacht.

In de afgelopen jaren zijn  wetenschappers begonnen met een aantal  genen, geassocieerd met ALS, waaronder SOD1, C9ORF72, TDP-43, FUS, VCP, en ATXN2 te identificeren. Zelfs met deze recente toename van genetische ontdekkingen blijft de genetische oorzaak van veel ALS gevallen nog onbekend. Onderzoekers en patiënten hebben betere, efficiëntere manieren nodig om de genen, die ALS veroorzaken te vinden. De vergelijkbare functies van de eiwitten gecodeerd door TDP-43 en FUS gaven Gitler en collega's een hint. Beide eiwitten binden zich aan RNA, en tal van studies hebben aangetoond dat de problemen met RNA metabolisme gebruikelijk zijn bij ALS-patiënten.

"Het bewijs van gebreken in het RNA metabolisme bij ALS is echt fascinerend", zei Gitler.

Gitler en zijn collega's zijn, door gebruik van een eenvoudig systeem met gist de fundamentele eigenschappen van de TDP-43 en FUS eiwitten gaan bestuderen. Net als bij de menselijke ALS patiënt neuronen, vonden ze dat TDP-43 en FUS ook groepjes vormden in het cytoplasma van de gistcellen. "We redeneerden dat als TDP-43 en FUS, beide met een bewezen link naar ALS, klonters vormen in gistcellen, we zouden kunnen in staat zijn om andere menselijke RNA-bindende eiwitten ,die hetzelfde doen, te vinden, die dan ook zouden kunnen geassocieerd worden met ALS," verklaarde Gitler. Om dit idee te testen gebruikten Gitler en zijn  groep gist dat tot en met 133 menselijke eiwitten kon gebonden worden aan RNA. Achtendertig van deze eiwitten (met inbegrip van TDP-43 en FUS) vormden toxische groepjes in het cytoplasma van de gist. De onderzoekers selecteerden één eiwit dat vrij makkelijk klonters vormde en andere overeenkomsten toonde met TDP-43 en FUS om verder te testen. De onderzoekers volgden dit eiwit, bekend als TAF15, en zochten naar TAF15 mutaties in bloedmonsters van ALS patiënten uit de VS, Australië en Zweden. Over het geheel genomen identificeerden de onderzoekers zes patiënten met sporadische ALS, die mutaties in TAF 15 hadden.

Het lab van James Shorter, PhD, assistent-professor in de biochemie en biofysica aan de universiteit van Pennsylvania, en Packard Center onderzoeker, leverde meer aanwijzingen over TAF15. In een combinatie test met behulp van een gezuiverd TAF15 eiwit, vonden ze dat mutantenversies van TAF15 sneller klonterden. Het gezuiverde eiwit TAF15 bevatte ook een prion-achtig deel in de aminozuursequentie, net als TDP-43 en FUS, wat misschien een toekomstig voorspeller kan zijn van neurodegeneratieve kwaliteiten in mutante eiwitten.

Om te zien hoe deze TAF15 genetische varianten zich gedroegen in andere organismen, duwden Gitler en collega's de varianten in een cel cultuur van rat embryo ruggenmerg neuronen. De ALS-geassocieerde varianten klonterden samen in het cytoplasma van de neuronen, op een manier die vergelijkbaar is met FUS en TDP-43. Toen de wetenschappers het ALS-gelinkte TAF15 gen inbrachten in de fruitvlieg Drosophila melanogaster, veroorzaakten de TAF15 eiwitten schade aan de ogen en de motor neuronen en verkortten de levensduur van de vlieg, waarbij de ALS-gelinkte mutante vormen van TAF15 een ernstiger effect hadden.

"Als het gaat om RNA-bindende eiwitten en ALS, zouden TDP-43 en FUS wel eens het topje van de ijsberg kunnen zijn. Veel nieuwe bijkomende RNA-bindende eiwitten kunnen ook bijdragen tot de ziekte, waarvan sommigen een sterker en sommige een zwakker effect hebben. Hopelijk, kan de lijst van de genen die we hebben gegenereerd op basis van de eenvoudige gist test, een soort van gids of een bron voor de ALS gemeenschap zijn om zich op te concentreren," zei Gitler.

Deze bevindingen openen een klasse van eiwitten die kunnen leiden tot neurodegeneratie en ALS. Een beter begrip van de genetische oorzaken van ALS kan op een dag leiden tot een betere detectie en therapie, zeggen de onderzoekers.

Vertaling: Ghislain D'amour

Bron: Packard Center