Project
Drosophila modellen voor TDP-43 en FUS proteïnopathie, nieuwe therapeutische doelwitten voor neurodegeneratie
TDP-43 is gekend als een nucleair RNA/DNA bindend proteïne, betrokken in RNA
metabolisme. TDP-43 is het causale neurotoxische proteïne in een belangrijk percentage
patiënten dat lijdt aan amyotrofe lateraalsclerose (ALS) en frontotemporale dementie (FTD).
Daarnaast wordt TDP-43 proteïnopathie ook aangetroffen in meer dan 30% van de patiënten
met de ziekte van Alzheimer, waaruit blijkt dat TDP-43 een brede rol speelt in
neurodegeneratie. Het belangrijkste kenmerk van TDP-43 proteïnopathie is de aanwezigheid
van TDP-43 positieve inclusies, die zich meestal in het cytoplasma van de zenuwcellen
bevinden en samengaan met een verlies van TDP-43 in de nucleus. Daarnaast zijn er ook
mutaties beschreven in TDP-43 die aanleiding geven tot ALS en in sommige gevallen FTD.
Ondanks het feit dat deze proteïnopathie ongeveer acht jaar geleden ontdekt is, is het
ziektemechanisme nog steeds niet beschreven. Een belangrijke vraag binnen het TDP-43
onderzoeksveld, ofdat deze TDP-43 gemedieerde neurotoxiciteit wordt veroorzaakt door een
cytoplasmatische toxische gain of function of loss of function mechanisme, blijft tot op heden
onopgelost. Het fruitvliegengenoom bevat een homoloog van TDP-43, namelijk TBPH of
dTDP-43. Dit bestaat uit, net zoals het humane homoloog, uit twee RNA herkennende
domeinen en een glycine rijk domein en heeft dezelfde nucleïnezuurbindende en mRNA
splitsende eigenschappen. Dit maakt D.melanogaster een geschikt modelorganisme om de
functie van deze eiwitten te onderzoeken.
In het eerste gedeelte van dit doctoraatsonderzoek, hebben we de rol van dTDP-43 in de vlieg
verder onderzocht. Daarvoor combineerden we een fenotypische analyse met next-generation
sequencing in vliegen met dTDP-43 gain and loss of function. We stelden vast dat dTDP-43
een belangrijke neuronale rol speelt in de vlieg. dTDP-43 coördineert namelijk het wisselen
van het ecdysteroid receptor (EcR) afhankelijke transcriptioneel programma van een pupaal
naar een volwassen patroon. Het verstoren van deze functie door zowel overexpressie als
depletie van dTDP-43 resulteert in lethaliteit en neuronale apoptose. dTDP-43 controleert dit
wisselen door de expressie van een microtubulus-bindend proteïne te reguleren. Dit
microtubulus bindende proteïne is verantwoordelijk voor een correcte subcellullaire
localisatie van EcR. We stelden vast dat een verstoorde EcR signalatie aan de basis ligt van de
neurotoxiciteit van dTDP-43 in de fruitvlieg en dat de steroïde hormoon receptor signalisatie
belangrijk zou kunnen zijn binnen ALS en andere gerelateerde TDP-43 proteïnopathiën.
Aangezien zowel overexpressie als neerregulatie van dTDP-43 aanleiding geeft tot
gelijkaardige transcriptoom wijzigingen, cytoplasmatische EcR opstapelingen en
neurotoxische ontwikkelingsfenotypes, vermoeden we dat TDP-43 aggregatie aanleiding
geeft tot een verlies van functie.
In het tweede gedeelte van dit doctoraatsonderzoek bestudeerden we het pathogene karakter
van mutaties in TDP-43. De meeste hTDP-43 mutaties, die ALS veroorzaken, zijn gelegen in
het glycine rijk domein van het proteïne (hTDP-43G287S and hTDP-43A315T) maar andere
atypische variänten zoals hTDP-43A90V (gelegen in het nucleaire localisatie domein) en hTDP-
43D169G
(gelegen in het eerste RNA bindende domein) werden ook beschreven. Om hetpathogene karakter van deze verschillende varianten te bestuderen, brachten we deze tot
expressie in vliegen met een verminderde expressie van dTDP-43. We gingen na of de
verschillende humane varianten de fenotypes konden redden in vliegen met een verminderde
expressie van dTDP-43. We stelden vast dat hTDP-43A90V, hTDP-43G287S and hTDP-43A315T
het neuronale verlies in deze vliegen niet konden redden, terwijl hTDP-43WT en hTDP-43D169G
dit wel konden. Daarom vermoeden we dat de hTDP-43A90V, hTDP-43G287S and hTDP-43A315T
mutaties zorgen voor een verlies van functie in hTDP-43. Daarnaast zagen we in ~10% van de
neuronen die hTDP-43A90V, hTDP-43G287S en hTDP-43A315T tot expressie brachten dat hTDP-
43 mislocaliseerde in het cytoplasma ipv in de kern, terwijl we deze shift niet zagen in vliegen
die hTDP-43D169G of hTDP-43WT expresseerden. Vervolgens rapporteerden we dat de
atypische hTDP-43A90V variant pathogeen is en mogelijk het risico verhoogt om de ziekte van
Alzheimer te ontwikkelen binnen een frans-belgische populatie
In dit doctoraatsonderzoek bevestigen we dat de fruitvlieg zich uitstekend leent tot het
onderzoeken van TDP-43 proteinopathiën en onze data toont aan dat TDP-43 geassocieerde
toxiciteit vermoedelijk wordt veroorzaakt door een verlies van functie.