科学家揭示渐冻人症致病蛋白响应细胞应激新机制

中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心方燕姗研究员课题组和刘聪研究员课题组合作的最新研究，揭示了不同类型的RNA精密调控TDP-43的相分离状态，其在细胞应激时于核内形成具有细胞保护功能的无膜、液滴状、高度动态且可逆的核颗粒，该研究团队将之命名为“TDP-43核体” 。 7月9日，该研究成果在线发表于《分子细胞》。 TDP-43是一种重要的RNA结合蛋白，其基因突变可引起肌萎缩性侧索硬化症（ALS，俗称“渐冻人症”）。在正常细胞中，TDP-43蛋白主要弥散分布于细胞核内，但可穿梭至胞浆并与其他蛋白相互作用形成应激颗粒等各种核糖核蛋白复合物，参与RNA调控的多个步骤。在疾病状态下，TDP-43在胞浆中形成异常蛋白聚集被认为与ALS的发生发展密切相关。但遗憾的是，核内TDP-43在细胞应激时的反应及其在ALS发病中的作用长期以来被忽视和低估。 上海有机所科学家的研究表明，TDP-43核体是通过TDP-43蛋白的液—液相分离所形成，这一过程被RNA严格调控。TDP-43蛋白序列中的两个RNA识别域在这一过程中分别发挥着不同甚至相互拮抗的“向心—离心”作用，因而分别缺乏二者的TDP-43核体分别展现出有趣的“核”“环” 形态。总RNA对TDP-43蛋白相分离具有抑制作用，这与细胞核中相对“抑制性”的微环境一致，因此很少看到正常细胞自发形成的TDP-43核体。但当细胞应激时，神经元中长链非编码RNA NEAT1 的水平明显升高，促进TDP-43蛋白发生相分离，从而引发TDP-43核体的组装。下调细胞中NEAT1水平则会显着减少应激细胞中TDP-43核体的形成，因此证明NEAT1 RNA对于TDP-43形成应激核体具有重要调控作用。 TDP-43蛋白的D169G位突变位于其RNA识别域中，是一种已知的ALS致病突变。研究人员在这项工作中发现，D169G突变严重NEAT1 RNA促进TDP-43相分离和核体组装的功能，导致细胞应激时有更多TDP-43蛋白从核内转移至胞浆中，在持续应激下进一步发展成具有ALS病理特征的高度磷酸化的TDP-43蛋白聚集体。 “相应的，D169G突变的TDP-43在人源细胞和果蝇模型中均引起比野生型TDP-43更强的细胞毒性和神经退化的表型。”研究人员表示，过去大量工作聚焦在TDP-43的出核及参与应激颗粒的功能和调控，而这项研究则突破这一惯性思维的限制，提示TDP-43核体的形成或许是细胞应激时的“第一防线”，其组装或功能异常可能与ALS的发生有重要关系，为ALS发病机制和治疗策略的研究提供新的思路和视角。 [19] \t