Pathogenic mutations in the ALS gene CCNF cause cytoplasmic mislocalization of Cyclin F and elevated VCP ATPase activity.
Pathogenic mutations in the ALS gene CCNF cause cytoplasmic mislocalization of Cyclin F and elevated VCP ATPase activity.
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ALS 基因 CCNF 的致病性突变导致 Cyclin F 的细胞质错误定位和 VCP ATP 酶活性升高。
DOI：
10.1093/hmg/ddz119
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
3.5
通讯作者：
Nakayama K.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yu Y;Nakagawa T;Morohoshi A;Nakagawa M;Ishida N;Suzuki N;Aoki M;Nakayama K.
肌萎缩侧索硬化症（ALS）是一种成人发病的运动神经元疾病，其特征是运动功能进行性衰退。遗传分析发现 ALS 患者中存在多个突变基因，其中之一是细胞周期蛋白 F 基因 (CCNF)，其产物 (细胞周期蛋白 F) 充当 SKP1–CUL1–F-box 蛋白 (SCF) 泛素连接酶复合物的底物结合模块。然而，Cyclin F 在 ALS 发病机制中的作用仍不清楚。在这里，我们发现 Cyclin F 与含缬洛辛的蛋白 (VCP) 结合，据报道该蛋白也在 ALS 中发生突变，并且这两种蛋白共定位于细胞核中。发现 VCP 与 Cyclin F 的 NH2 末端区域结合，并且未被 SCFCyclin Fin 转染细胞泛素化。相反，Cyclin Fin 体外增强了 VCP 的 ATPase 活性。此外，虽然 CCNF 的 ALS 相关突变不会影响 Cyclin F 的稳定性或破坏 SCFCyclin F 复合物的形成，但 VCP 结合区中的氨基酸取代增加了 Cyclin F 与 VCP 的结合能力和 VCP 的活性以及蛋白质在细胞质中的错误定位。我们还提供了证据，表明 VCP 的 ATP 酶活性促进反式激活响应区 (TAR) DNA 结合蛋白 43 的细胞质聚集，这在 ALS 患者的退化神经元中常见。鉴于在 ALS 患者中发现的 VCP 突变也会增加其 ATP 酶活性，我们的结果表明 Cyclin F 突变可能通过增加细胞质中 VCP 的 ATP 酶活性来促进 ALS 发病机制，从而增加 TDP-43 聚集。
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is an adult-onset motor neuron disease characterized by a progressive decline in motor function. Genetic analyses have identified several genes mutated in ALS patients, and one of them is Cyclin F gene (CCNF), the product of which (Cyclin F) serves as the substrate-binding module of a SKP1–CUL1–F-box protein (SCF) ubiquitin ligase complex. However, the role of Cyclin F in ALS pathogenesis has remained unclear. Here, we show that Cyclin F binds to valosin-containing protein (VCP), which is also reported to be mutated in ALS, and that the two proteins colocalize in the nucleus. VCP was found to bind to the NH2-terminal region of Cyclin F and was not ubiquitylated by SCFCyclin Fin transfected cells. Instead, the ATPase activity of VCP was enhanced by Cyclin Fin vitro. Furthermore, whereas ALS-associated mutations ofCCNFdid not affect the stability of Cyclin F or disrupt formation of the SCFCyclin Fcomplex, amino acid substitutions in the VCP binding region increased the binding ability of Cyclin F to VCP and activity of VCP as well as mislocalization of the protein in the cytoplasm. We also provided evidence that the ATPase activity of VCP promotes cytoplasmic aggregation of transactivation responsive region (TAR) DNA-binding protein 43, which is commonly observed in degenerating neurons in ALS patients. Given that mutations of VCP identified in ALS patients also increase its ATPase activity, our results suggest that Cyclin F mutations may contribute to ALS pathogenesis by increasing the ATPase activity of VCP in the cytoplasm, which in turn increases TDP-43 aggregates.