Genetic analysis of UBQLN2-associated neurodegeneration in frontotemporal dementia

额颞叶痴呆中UBQLN2相关神经变性的遗传分析

基本信息

  • 批准号:
    10157746
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 170万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-09-15 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project summary The overarching goal of this study is to use complementary Drosophila and inducible pluripotent stem cells (iPSC)-derived neuronal models to understand how mutations in the Ubiquilin 2 (UBQLN2) gene cause amyotrophic lateral sclerosis/frontotemporal dementia (ALS/FTD). UBQLN2 and closely related UBQLN1 belong to a family of eukaryotic ubiquitin (Ub)-binding proteins that function, in part, as chaperones for proteins that are destined for proteasomal degradation. Missense mutations within a unique, functionally orphan proline-repeat region (PRR) of UBQLN2 cause X-linked, forms of ALS/FTD, with some patients exhibiting a pure dementia onset. In addition, ubiquilin histopathology, comprised of dense aggregates of UBQLN2 and UBQLN1 are observed in most instances of ALS/FTD regardless of UBQLN2 mutation status. To address pathomechanisms of UBQLN2-associated FTD we exploited the upstream activating sequence (UAS)/GAL4 system to generate isogenic Drosophila strains expressing wild-type (WT) and ALS mutant forms of UBQLN2 in different tissues and cell types. We found that UBQLN2ALS mutants elicited dose-dependent phenotypes— including eye degeneration, motor defects, and lifespan shortening—that were more severe than phenotypes caused by equivalent expression of UBQLN2WT. UBQLN2ALSmutants, but not UBQLN2WT, formed intraneuronal aggregates characteristic of ubiquilin inclusions found in ALS/FTD patients. Unbiased genetic screens identified more than 30 genetic intervals that either reduced or enhanced UBQLN2ALS mutant toxicity. Gene mapping studies suggest that endolysosomal pathways are centrally involved in UBQLN2ALS-mediated neurodegeneration and point toward axon guidance genes and neuronal dependence receptors as potentially novel disease modifiers. In this R01 grant proposal we will continue genetic studies of UBQLN2-mediated neurodegeneration in Drosophila, focusing on endolysosomal trafficking and axon guidance as lead pathways for discovery efforts. Modifier pathways identified in Drosophila will, in turn, inform studies of iPSC-derived motor neurons (iMNs) expressing endogenous UBQLN2ALS alleles. The specific objectives of Aim 1 are to: (a) investigate the Rab5 gene and endolysosomal defects in UBQLN2ALS flies; (b) investigate the contributions of the Unc-5 axon guidance pathway to UBQLN2-mediated neurodegeneration; and (c) map and validate of UBQLN2ALS modifier genes in Drosophila. The specific objectives of Aim 2 are to: (a) establish functional defects in UBQLN2ALS iMNs; (b) carry out proteomic analysis of UBQLN2ALS iMNs; and (c) evaluate genes emerging from Drosophila screens in Aim 1 as genetic modifiers of UBQLN2ALS toxicity in iMNs. The combined genetic, cellular, and biochemical studies using Drosophila and mammalian iMN models will provide important new insights into UBQLN2-associated neurodegeneration in ALS/FTD. In addition, pathways identified in our study are likely to overlap with and inform toxicity pathways instigated by other aggregation-prone, ALS/FTD- associated genes.
项目摘要 这项研究的总体目标是使用果蝇和诱导多能干细胞 (IPSC)衍生的神经元模型,以了解泛素2(UBQLN2)基因中的突变如何引起 肌萎缩性侧索硬化/额颞痴呆(ALS/FTD)。 UBQLN2和密切相关的UBQLN1 属于真核泛素(Ub)的家族,结合蛋白质,部分作用为蛋白质的伴侣 注定是用于蛋白酶体降解的。独特的功能孤儿中的错义突变 UBQLN2的脯氨酸重复区域(PRR)引起X连锁的ALS/FTD形式,一些患者表现出A 纯痴呆症发作。此外,泛素组织病理学由UBQLN2和 无论UBQLN2突变​​状态如何,在大多数ALS/FTD的情况下都可以观察到UBQLN1。解决 UBQLN2相关的FTD的病理力学我们探索了上游激活序列(UAS)/GAL4 产生表达野生型(WT)和ALS突变形式的ubqln2的果蝇菌株的系统 在不同的组织和细胞类型中。我们发现UBQLN2AL突变体引起了剂量依赖的表型 - 包括眼睛变性,运动缺陷和寿命缩短 - 比表型更严重 由UBQLN2WT的等效表达引起。 UBQLN2AlsMutant,但不是UBQLN2WT形成的 在ALS/FTD患者中发现的泛素夹杂物的神经元聚集体特征。公正的通用 筛选确定了30多个遗传间隔,可降低或增强UBQLN2ALS突变体毒性。 基因映射研究表明,内侧溶血途径集中参与UBQLN2ALS介导的 神经变性并指向轴突引导基因和神经元依赖受体可能是潜在的 新型疾病修饰符。在此R01赠款提案中,我们将继续对UBQLN2介导的遗传研究 果蝇中的神经变性,重点是内溶性贩运和轴突指导作为铅途径 进行发现工作。果蝇中鉴定出的修饰符途径将依次为IPSC衍生的研究提供信息 表达内源性UBQLN2al等位基因的运动神经元(IMN)。目标1的具体目标是:(a) 研究Ubqln2als苍蝇中的Rab5基因和内溶性缺陷; (b)调查 UNC-5轴突引导途径通往UBQLN2介导的神经变性; (c)地图和验证 果蝇中的ubqln2als修饰基因。目标2的具体目标是:(a)建立功能 UBQLN2als IMN中的缺陷; (b)对UBQLN2als IMN进行蛋白质组学分析; (c)评估基因 AIM 1中的果蝇筛选出现,作为IMN中UBQLN2als毒性的遗传修饰符。组合 使用果蝇和哺乳动物IMN模型的遗传,细胞和生化研究将提供重要的 对ALS/FTD中与UBQLN2相关的神经变性的新见解。此外,我们在我们的 研究可能与其他容易碰到的ALS/FTD-煽动的毒性途径重叠并为毒性途径重叠 相关基因。

项目成果

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