SPOP modifies neurodegenerative proteinopathy in Alzheimer’s Disease.
SPOP 可以改善阿尔茨海默病中的神经退行性蛋白病。
基本信息
- 批准号:10675938
- 负责人:
- 金额:$ 4.77万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-09-16 至 2026-09-15
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:Adaptor Signaling ProteinAgeAge of OnsetAgingAllelesAlzheimer&aposs DiseaseAlzheimer&aposs disease brainAlzheimer&aposs disease modelAlzheimer&aposs disease related dementiaAmyloid beta-ProteinAmyotrophic Lateral SclerosisAutomobile DrivingAutopsyBRD2 geneBehavioralBindingBiologicalC9ORF72CRISPR/Cas technologyCaenorhabditis elegansConfocal MicroscopyCullin ProteinsDataDementiaDepositionDevelopmentDiagnosticDipeptidesDiseaseDisease modelEpigenetic ProcessExhibitsFrontotemporal Lobar DegenerationsFunctional disorderFutureGenesGenetic ModelsGenetic ScreeningHomologous GeneHumanImmunohistochemistryLinkLiquid substanceLongevityMediatingMessenger RNAModelingMolecularNerve DegenerationNeurodegenerative DisordersNeurofibrillary TanglesNeuronal DysfunctionNeuronsNuclearNuclear RNAPathologicPathologyPatientsPhasePlayProgressive Supranuclear PalsyProteinsPublishingRNA SplicingRNA interference screenReporterRoleScaffolding ProteinShapesSignal TransductionSystemTauopathiesTestingToxic effectTransgenic AnimalsTransgenic ModelUbiquitinVisualizationWorkcohortcullin-3frontal lobefrontotemporal lobar dementia amyotrophic lateral sclerosisgenetic approachhormonal signalshyperphosphorylated tauimprovedin vivoinsightlocomotor deficitloss of functionloss of function mutationmulticatalytic endopeptidase complexmutantneuron lossneurotoxicitynovelnovel therapeuticsoverexpressionpreventprotein TDP-43protein degradationprotein functionsextau Proteinstau aggregationtau-1translational potentialubiquitin-protein ligase
项目摘要
PROJECT SUMMARY
Aggregated pathological tau protein constitutes one of the diagnostic hallmarks of Alzheimer’s disease (AD) and
related disorders (ADRD). The molecular mechanisms by which pathological tau causes dysfunction and
degeneration of neurons remain incompletely understood. However, pathological tau driven neuronal dysfunction
and neurodegeneration clearly cause dementia. To investigate how pathological tau contributes to
neurodegeneration in AD and ADRDs, we established a transgenic model in Caenorhabditis elegans for
neurodegeneration driven by human tau aggregation. By employing classical forward genetic approaches, we
identified several genes whose loss of function suppresses tauopathy, including spop-1. SPOP (speckle-type
POZ protein) is a conserved nuclear adaptor protein for the RING E3 ubiquitin ligase Cullin-3 (CUL3), selecting
proteins for degradation in the ubiquitin proteasome system (UPS). After generating a true null allele via CRISPR-
cas9, we found that loss of spop-1 dramatically decreases tau accumulation and phosphorylation without altering
tau mRNA abundance, rescues lifespan, reduces neurodegeneration, and improves behavioral deficits in tau
transgenic animals.
In addition to its role in UPS activity, SPOP also undergoes liquid-liquid phase separation (LLPS) localizing to
nuclear speckles (NS). Our previously work in C. elegans and AD neurons indicate disruptions to NS function
and composition contribute to tau toxicity. Remarkably, loss of spop-1 also rescues C9orf72 dipeptide-repeat
toxicity in a C. elegans model of genetic amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal lobar
degeneration (FTLD). Our preliminary results indicate loss of spop-1 suppresses behavioral deficits in C. elegans
expressing ALS-linked mutant TDP-43 as well as transgenics co-expressing TDP-43 and tau, which recalculate
AD and ADRD relevant interactions.
Altogether, our work led us to hypothesize that SPOP functions as a multipurpose regulator of proteinopathy in
AD and ADRDs. We hypothesize SPOP-CUL3 UPS activity and SPOP LLPS/NS localization contribute to the
underlying mechanisms of tauopathy. To investigate these hypothesizes the specific aims of this project are:
SPECIFIC AIMS: (1) Characterize SPOP loss of function in AD/ADRD neurodegenerative proteinopathies,
(2) Determine the mechanism by which SPOP loss of function suppresses tauopathy, and (3) Evaluate
the translational relevance of SPOP in Alzheimer’s disease.
By completing the proposed work, we will uncover new molecular understandings of disease mechanisms
including how SPOP protein – as well as nuclear speckles and Cullin-3 – participate in tauopathy and related
ADRD co-pathologies. This work will also provide insight into the translational relevance of SPOP in Alzheimer’s
disease brains, setting the stage for future study and informing the development of novel therapeutics.
项目概要
聚集的病理性 tau 蛋白是阿尔茨海默病 (AD) 的诊断标志之一
相关疾病(ADRD)。病理性 tau 蛋白导致功能障碍的分子机制
神经元的退化仍然不完全清楚。然而,病理性 tau 驱动的神经元功能障碍
和神经退行性疾病显然会导致痴呆。研究病理性 tau 蛋白如何促进
AD 和 ADRD 中的神经退行性疾病,我们在秀丽隐杆线虫中建立了转基因模型
由人类 tau 蛋白聚集驱动的神经退行性疾病。通过采用经典的正向遗传方法,我们
鉴定出一些功能丧失会抑制 tau 蛋白病的基因,其中包括 spop-1。 SPOP(散斑型
POZ 蛋白)是 RING E3 泛素连接酶 Cullin-3 (CUL3) 的保守核接头蛋白,选择
泛素蛋白酶体系统 (UPS) 中降解的蛋白质。通过 CRISPR 生成真正的无效等位基因后-
cas9,我们发现 spop-1 的缺失会显着降低 tau 积累和磷酸化,而不会改变
tau mRNA 丰度,挽救寿命,减少神经退行性变,并改善 tau 行为缺陷
转基因动物。
除了在 UPS 活动中的作用外,SPOP 还经历液-液相分离 (LLPS),定位于
核散斑(NS)。我们之前对秀丽隐杆线虫和 AD 神经元的研究表明 NS 功能受到破坏
和成分会导致 tau 毒性。值得注意的是,spop-1 的丢失也挽救了 C9orf72 二肽重复序列
遗传性肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 和额颞叶秀丽隐杆线虫模型中的毒性
变性(FTLD)。我们的初步结果表明 spop-1 的缺失会抑制线虫的行为缺陷
表达 ALS 连接突变体 TDP-43 以及共表达 TDP-43 和 tau 的转基因,重新计算
AD 和 ADRD 相关的相互作用。
总而言之,我们的工作使我们假设 SPOP 在蛋白质病中发挥多用途调节作用。
AD 和 ADRD。我们假设 SPOP-CUL3 UPS 活动和 SPOP LLPS/NS 本地化有助于
tau蛋白病的潜在机制。为了研究这些假设,该项目的具体目标是:
具体目标:(1) 描述 AD/ADRD 神经退行性蛋白病中 SPOP 功能丧失的特征,
(2) 确定 SPOP 功能丧失抑制 tau 蛋白病变的机制,以及 (3) 评估
SPOP 在阿尔茨海默病中的转化相关性。
通过完成拟议的工作,我们将揭示对疾病机制的新分子理解
包括 SPOP 蛋白以及核斑点和 Cullin-3 如何参与 tau 蛋白病变及相关
ADRD 共同病理。这项工作还将深入了解 SPOP 在阿尔茨海默病中的转化相关性
疾病大脑,为未来的研究奠定基础,并为新疗法的开发提供信息。
项目成果
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