퇴행성 뇌 질환 환자에게서 나타나는 가장 큰 특징은 신경 세포 내 세포질에 잘못 접힌 단백질이 비정상으로 신경세포 내 응집되어 축적되어 있는 것이다. 그 중에서도 루게릭병과 전측두엽성 치매 환자에게서는 TDP-43가 포함된 단백질 응집체가 많이 발견되었다. 생화학적인 방법...
퇴행성 뇌 질환 환자에게서 나타나는 가장 큰 특징은 신경 세포 내 세포질에 잘못 접힌 단백질이 비정상으로 신경세포 내 응집되어 축적되어 있는 것이다. 그 중에서도 루게릭병과 전측두엽성 치매 환자에게서는 TDP-43가 포함된 단백질 응집체가 많이 발견되었다. 생화학적인 방법을 통해 루게릭병 환자와 전측두엽성 치매 환자에게서만 불용성의 TDP-43 C-말단 조각이 발견되었다. 하지만 현재까지 이런 불용성의 단백질 응집체 형성 메커니즘은 거의 알려진 바가 없다 따라서, 이 논문에서는 TDP-43 C-말단 조각의 병리학적 특성을 밝히고 단백질 응집체의 형성 및 독성의 기전을 연구하고자 하였다. 이를 위하여 TDP-43의 병리학적 형태인 C-말단 조각을 제작하여 먼저 세포 내 위치를 확인하였다. 그 결과 C-말단 조각 중 TDP-25를 세포 내 발현시켰을 때 주로 핵에 존재하는 TDP-43와 다르게 세포질에 존재하며 단백질 응집체가 형성되는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 핵의 응축이 관찰되는 것을 통해 TDP-25가 신경 세포에 독성을 유발한다는 것을 유추할 수 있었다. TDP-25에 의해 형성되는 단백질의 특성을 조사한 결과 스트레스 과립과의 연관성 되어 있었으며 또 다른 단백질 응집체인 polyQ 단백질 응집체에 TDP-43가 위치하는 것을 확인하였다. 다음으로 면역침강법을 통해 TDP-25가 myosinIIB에 특이적으로 결합을 확인함으로써 새로운 단백질 응집체 조절 분자로 myosinIIB를 동정하였다. TDP-25와 myosinIIB의 생리학적 의의를 알아보기 위하여 myosinIIB를 억제하였을 때, 흥미롭게도 TDP-25에 의한 불용성 단백질의 양의 감소와 세포 독성이 감소하는 것을 확인 할 수 있었다. 본 연구결과는 myosinIIB가 TDP-25단백질 응집체 형성 기전 조절 분자로서의 가능성을 확인하였다. 이를 통하여 ALS-FTD환자의 세포병인의 분자생물학적 기전과 치료에 기초 단서를 제공할 수 있을 것이다.
퇴행성 뇌 질환 환자에게서 나타나는 가장 큰 특징은 신경 세포 내 세포질에 잘못 접힌 단백질이 비정상으로 신경세포 내 응집되어 축적되어 있는 것이다. 그 중에서도 루게릭병과 전측두엽성 치매 환자에게서는 TDP-43가 포함된 단백질 응집체가 많이 발견되었다. 생화학적인 방법을 통해 루게릭병 환자와 전측두엽성 치매 환자에게서만 불용성의 TDP-43 C-말단 조각이 발견되었다. 하지만 현재까지 이런 불용성의 단백질 응집체 형성 메커니즘은 거의 알려진 바가 없다 따라서, 이 논문에서는 TDP-43 C-말단 조각의 병리학적 특성을 밝히고 단백질 응집체의 형성 및 독성의 기전을 연구하고자 하였다. 이를 위하여 TDP-43의 병리학적 형태인 C-말단 조각을 제작하여 먼저 세포 내 위치를 확인하였다. 그 결과 C-말단 조각 중 TDP-25를 세포 내 발현시켰을 때 주로 핵에 존재하는 TDP-43와 다르게 세포질에 존재하며 단백질 응집체가 형성되는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 핵의 응축이 관찰되는 것을 통해 TDP-25가 신경 세포에 독성을 유발한다는 것을 유추할 수 있었다. TDP-25에 의해 형성되는 단백질의 특성을 조사한 결과 스트레스 과립과의 연관성 되어 있었으며 또 다른 단백질 응집체인 polyQ 단백질 응집체에 TDP-43가 위치하는 것을 확인하였다. 다음으로 면역침강법을 통해 TDP-25가 myosinIIB에 특이적으로 결합을 확인함으로써 새로운 단백질 응집체 조절 분자로 myosinIIB를 동정하였다. TDP-25와 myosinIIB의 생리학적 의의를 알아보기 위하여 myosinIIB를 억제하였을 때, 흥미롭게도 TDP-25에 의한 불용성 단백질의 양의 감소와 세포 독성이 감소하는 것을 확인 할 수 있었다. 본 연구결과는 myosinIIB가 TDP-25단백질 응집체 형성 기전 조절 분자로서의 가능성을 확인하였다. 이를 통하여 ALS-FTD환자의 세포병인의 분자생물학적 기전과 치료에 기초 단서를 제공할 수 있을 것이다.
Cellular pathological hallmarks in many neurodegenerative diseases are accumulation and aggregation of misfolded proteins resulting in intracellular inclusions within neurons. TDP-43 has been identified as the major pathological protein in sporadic amyotrophic lateral sclerosis(ALS) and Frontotempor...
Cellular pathological hallmarks in many neurodegenerative diseases are accumulation and aggregation of misfolded proteins resulting in intracellular inclusions within neurons. TDP-43 has been identified as the major pathological protein in sporadic amyotrophic lateral sclerosis(ALS) and Frontotemporal dementia(FTD). In both ALS and FTD, TDP-43 is fragmented, resulting in lower molecular weight C-terminal fragments with size of 35 or ∼25 kDa. The C-terminal fragments are prominent in the inclusions in FTD brains and in the insoluble protein fractions from the affected CNS areas of ALS and FTD. However, little is known about how the mechanism of protein aggregation occurs. To investigate cellular pathogenic effect of TDP-43 protein aggregation and cellular toxicity, I firstly generated EGFP-TDP-43(full-length) and EGFP-TDP35, 25 (C-terminal fragment of TDP-43) and then examined their cellular localization in mammalian cell line and in primary mouse cortical neurons. I found that C-terminal fragment of TDP-43 mis-localizaed to cytosol and forms aggregates associated with stress granules(SGs) and polyQ aggregates. In addition, expression of TDP-25 was toxic to neurons. To further investigate whetherC-terminal fragment of TDP-43 mediates pathogenic mechanism of ALS and FTD, I identified myosinIIB as a modulator of protein aggregation. Interestingly, myosiIIB more avidly associates with TDP-25 than with TDP-43 wild type in our coimmunoprecipitation experiment. To further examine the role of myosinIIB in TDP-25 aggregates, I inhibited the function of myosinIIB using either blebbistatin(myosinIIB inhibitor) or myosinIIB siRNA. Intriquingly, loss of myosinIIB led to reduce the accumulation of insoluble TDP-25, indicating that myosinIIB was involved in solubility of TDP-25 positive aggregates . In addition, its inhibition reduced active caspapse3 positive cell caused by TDP25 protein aggregatessuggesting that inhibition of myosinIIB may reduce TDP25-mediated cytotoxicity in neurons. Therefore, this study suggests a novel role of myosinIIB as a regulator of TDP-25 protein aggregation and its cell survival. Taken together, our study provides novel cellular pathogenic mechanism of ALS-FTD associated with TDP43 inclusion by identifying myosinIIB as a modulator of toxic TDP25 aggregate and the therapeutic target molecule for curing FTD/ALS with TDP43 pathology.
Cellular pathological hallmarks in many neurodegenerative diseases are accumulation and aggregation of misfolded proteins resulting in intracellular inclusions within neurons. TDP-43 has been identified as the major pathological protein in sporadic amyotrophic lateral sclerosis(ALS) and Frontotemporal dementia(FTD). In both ALS and FTD, TDP-43 is fragmented, resulting in lower molecular weight C-terminal fragments with size of 35 or ∼25 kDa. The C-terminal fragments are prominent in the inclusions in FTD brains and in the insoluble protein fractions from the affected CNS areas of ALS and FTD. However, little is known about how the mechanism of protein aggregation occurs. To investigate cellular pathogenic effect of TDP-43 protein aggregation and cellular toxicity, I firstly generated EGFP-TDP-43(full-length) and EGFP-TDP35, 25 (C-terminal fragment of TDP-43) and then examined their cellular localization in mammalian cell line and in primary mouse cortical neurons. I found that C-terminal fragment of TDP-43 mis-localizaed to cytosol and forms aggregates associated with stress granules(SGs) and polyQ aggregates. In addition, expression of TDP-25 was toxic to neurons. To further investigate whetherC-terminal fragment of TDP-43 mediates pathogenic mechanism of ALS and FTD, I identified myosinIIB as a modulator of protein aggregation. Interestingly, myosiIIB more avidly associates with TDP-25 than with TDP-43 wild type in our coimmunoprecipitation experiment. To further examine the role of myosinIIB in TDP-25 aggregates, I inhibited the function of myosinIIB using either blebbistatin(myosinIIB inhibitor) or myosinIIB siRNA. Intriquingly, loss of myosinIIB led to reduce the accumulation of insoluble TDP-25, indicating that myosinIIB was involved in solubility of TDP-25 positive aggregates . In addition, its inhibition reduced active caspapse3 positive cell caused by TDP25 protein aggregatessuggesting that inhibition of myosinIIB may reduce TDP25-mediated cytotoxicity in neurons. Therefore, this study suggests a novel role of myosinIIB as a regulator of TDP-25 protein aggregation and its cell survival. Taken together, our study provides novel cellular pathogenic mechanism of ALS-FTD associated with TDP43 inclusion by identifying myosinIIB as a modulator of toxic TDP25 aggregate and the therapeutic target molecule for curing FTD/ALS with TDP43 pathology.
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