Ciljanje faznega ločevanja in agregacije proteinov v nevrodegenerativnih proteinopatijah TDP-43

Nevrodegenerativna obolenja predstavljajo vedno večje breme za svetovno javno zdravstvo in gospodarstvo. Žal še ni znano zdravilo, ki bi lahko pozdravilo ali kontroliralo potek katerega koli nevrodegenerativnega obolenja, upočasnilo ali preprečilo napredovanje bolezni. Naše znanje molekularnih osnov teh bolezni je nujno potrebno izboljšati. Zato želimo identificirati nove tarče za razvoj zdravilnih učinkovin, ki bi omogočile uspešnejše zdravljenje z intervencijskimi terapijami. Za večino nevrodegenerativnih bolezni so značilni proteinski agregati (proteinopatije), ki se kopičijo bodisi v zunajceličnem miljeju bodisi v znotrajceličnih razdelkih prizadetih celic. Za frontotemporalno demenco (FTD), lateralno amiotrofično sklerozo (ALS) in celo Alzheimerjevo bolezen (AD) so značilni citoplazemski agregati TDP-43 RNA-vezavnega proteina (RBP), ki se normalno nahaja v jedru. Znano je, da se znotraj celic pod stresnimi pogoji TDP-43 skupaj z nekaterimi drugimi RBP-ji in molekulami RNA združuje v ne-membranske organele, tako imenovane stresne granule (SG). SG omogočajo celicam, da se spoprimejo s stresom s prehodno zaustavitvijo bazalnega prevajanja proteinov in s preusmeritvijo v sintezo zaščitnih proteinov; ter s ponovno vzpostavijo bazalne sinteze proteinov, ko stres mine in se SG razgradijo. Toda med kronično izpostavljenostjo stresu, do katere pride med staranjem zaradi kopičenja okvar v normalnih celičnih procesih, lahko začne TDP-43 v celicah agregirati v ireverzibilne in netopne vključke, ki nato povzročijo odmrtje nevronskih celic. To odpira eno najpomembnejših vprašanj na tem področju "Kaj omogoča jedrnemu proteinu TDP-43, da se akumulira in agregira v citoplazmi?" Odgovor se najverjetneje skriva v sprememenjenem de novo izražanju TDP-43, njegovih modifikacijah, lokalizaciji in/ali razgradnji. Na vse navedene procese vplivajo spremembe v protein-protein interakcijah TDP-43. Ta projekt se bo tako osredotočil na spremembe lokalizacije TDP-43 in natančneje na spremembe interaktorjev TDP-43, do katerih pride po izpostavitvi celic oksidativnemu stresu, pri katerem TDP-43 prehaja iz topnega v netopno stanje in tvori stresne granule. Naš cilj je identificirati in mehanistično / patološko opisati proteinske interaktorje TDP-43 v stresu, za izboljšano razumevanje mehanizmov nevrodegenerativnih bolezni in razkritje potencialnih terapevtskih tarč. V ta namen ima projekt tri cilje: 1. Določitev in karakterizacija specifičnih sprememb v interaktomu TDP-43 v stresu. 2. Določitev vloge identificiranih interaktorjev TDP-43 v stresu za obolenja. 3. Ocenitev terapevtskega potenciala modulacije izbranih interaktorjev na agregacijo TDP-43. Predlagani projekt je precej zapleten in ambiciozen. Predvidevamo uvedbo in izvedbo najsodobnejše metode, kot je APEX2, za dinamično in vivo identifikacijo protein-protein interakcij, ki bo omogočila hitre "posnetke interaktoma", za določitev prehodnih sprememb do katerih pride v interaktomu TDP-43 ob izpostavljenosti oksidativnemu stresu. To nam bo omogočilo veliko natančnejši vpogled v molekularne procese, ki uravnavajo agregacijo TDP-43. Vsi, PI in mednarodni sodelavci, imajo veliko izkušenj z molekularnimi mehanizmi ALS in FTD, kar se odraža v naših zelo eminentnih publikacijah na tem področju. PI je oral ledino s številnimi raziskavami ALS in FTD, ki obsegajo karakterizacijo mehanizmov, povezanih z nevrodegenerativnimi obolenji, ki jih povzročajo TDP-43, FUS in drugi geni, zlasti njihove motnje v biologiji RNA, jedrnem transportu, degradaciji in patologiji. Naša skupina je bila tudi prva, ki je opozorila na možnost uravnavanja nastanka stresnih granul pri teh boleznih, zato smo prepričani, da smo sposobni uspešno izvesti raziskavo, predstavljeno v tem predlogu. V povzetku nam bo naložba v to raziskavo omogočila razumevanje bolezenskih procesov in razkrila nove strategije zdravljenja obolenj, povezanih s TDP-43.