Transport in RNA vezava proteinov TDP-43 in FUS - implikacije za ALS/FTLD spekter nevrodegenerativnih bolezni

Frontotemporalna lobalna degeneracija (FTLD) in amiotrofična lateralna skleroza (ALS) sta dve končni obliki fenotipskega spektra neustavljivo napredujoče in smrtne bolezni. Uspešnih metod zdravljenja ni in do pred kratkim se je zelo malo vedelo o vzrokih nastanka bolezni. Nedavna odkritja na področju genetike in patologije bolezni so pokazala pomembnost TDP-43 (TAR DNA binding protein) in FUS (fused in sarcoma) proteinov pri patogenezi ALS in FTLD. TDP-43 pozitivne citoplazemske inkluzije so dokazali tudi pri 30% Alzheimerjevih bolnikov, 20% primerov demence z Lewyjevimi telesci in pri še nekaterih drugih nevrodegenerativnih boleznih. TDP-43 in FUS imata nekaj izrazitih podobnosti: a) mutacije, ki so povezane z nastankom ALS se nahajajo v C-terminalnem delu proteina; b) oba sta poglavitno nuklearna proteina, vendar se pri bolezni akumulirata v citoplazmi in tvorita velike inkluzije; c) oba imata domene za vezavo DNA in RNA ter sta vključena v procesiranje in regulacijo RNA. Napačno procesiranje in kopičenje obeh proteinov lahko vodi do izgube njune funkcije (npr. zmanjšano procesiranje RNA v jedru) in tako direktno pripomorejo k nastanku nevrodegeneracije. Oba proteina tvorita agregate v prizadetih nevronih in mogoče ti agregati pridobijo toksično funkcijo. Funkcionalne podobnosti TDP-43 in FUS kažejo na ključno patogeno kaskado, ki zelo verjetno vključuje tudi procesiranje in transport RNA. Malo funkcionalnih raziskav o obeh proteinih je bilo narejenih, preden so nedavno odkrili njuno vpletenosti v ALS in FTLD. Delno je bila raziskana funkcija proteina FUS, ki je vpleten v določene oblike sarkoma. Zaradi tega je potrebno razširiti funkcionalne raziskave obeh proteinov in posledično pridobiti večji vpogled v mehanizme napredovanja obeh omenjenih bolezni. Eden od glavnih ciljev predlaganega projekta je združiti in povezati podatke, ki smo jih dobili oz jih bomo dobili s proteomično, transkriptomično in RNA-tarčno analizo TDP-43 in FUS, da bomo oblikovali globalno sliko vpliva pridobivanja ali izgube funkcije teh dveh proteinov. Na induciranih pluripotentnih zarodnih celicah pacijentov, ki imajo mutacije TDP-43 ali FUS mutacije, transgenih mišjih modelih in post-mortem tkivih (možgani in hrbtenjača) pacijentov bomo preverili bolezensko relevanco pomembnih izbranih proteinov in če bolezenski procesi potekajo z pridobivanjem ali izgubo funkcije TDP-43 in FUS. Naprej bomo karkaterizirali mehanizme intra- in intercelularnega transporta TDP-43 in FUS ter razvili ligande, ki bodo vplivali na protein-protein in protein-RNA interakcije. Nameravamo tudi preiskati glodalske modele različnih nevroloških motenj za patološko ekspresijo TDP-43 ali FUS, ki lahko pomagajo s triangulacijo sistemskih procesov in sprememb, ki so povezane z nastopom ali napredovanjem bolezni.

ALS in FTLD sta zelo težki in zaenkrat neozdravljivi nevrološki bolezni. Nedavne ugotovitve, objavljene v številnih vplivnih znanstvenih publikacijah, nakazujejo pomen procesov, povezanih z RNA, pri razumevanju kompleksnih bolezni in razvoju novih terapij. Glavni cilj tega projekta je bil ugotoviti funkcionalne spremembe proteinov TDP-43 in FUS, ki so povezane z bolezenskimi stanji. Oba proteina vežeta RNA, zato smo se usmerili predvsem v raziskovanje patoloških sprememb v RNA metabolizmu. Znanstvena uspešnost projekti je prikazana z objavo osmih izvirnih znanstvenih ter dveh preglednih člankov, ki skupaj imajo 331 citatov (vir WoS) do zdaj.

Predlagani projekt je omogočil vrhunsko raziskovanje, ki je zelo pozitivno vplivalo na področje molekularnih raziskav procesov nevrodegeneracije v Sloveniji. Poleg tega se je s tem projektom tudi nadaljevalo zelo uspešno sodelovanje med prijavitelji projekta iz Slovenije z Centrom za nevrodegenerativne raziskave na King’s College-u v Londonu (KCL) ter z MRC laboratorijem za molekularno biologijo iz Cambridge-a v Združenem kraljestvu. Predlagani projekt je tudi omogočil slovenskim znanstvenikom večje vključevanje v evropske in svetovne iniciative za ALS, predvsem v novoustanovljeno organizacijo ENCALS (European Network for the Cure of ALS). K projektu so prispevali mladi podoktorski raziskovalci in ena mlada raziskovalka, ki je v okvirju štipendije Ad Futura tudi gostovala na KCL. Kot strokovnjak na področju molekularnih osnov ALS, je leta 2012 imel vodja projekta častno predavanje ALS pacientom in skrbnikom ob mednarodnem dnevu ALS ter deseti obletnici ALS skupine v okvirju slovenskega društva za mišično distrofijo.