W chorobach otępiennych o charakterze zwyrodnieniowym dochodzi do degeneracji komórek nerwowych w wyniku odkładania się w ich wnętrzu patologicznych białek. Te toksyczne dla neuronów cząsteczki to m.in. białko FUS, TDP-43 oraz białko tau. Ich złogi obserwuje się w chorobach neurodegeneracyjnych ze spektrum zwyrodnień czołowo-skroniowych (FTLD), stwardnieniu zanikowym bocznym (ALS), postępującym porażeniu nadjądrowym (PSP) oraz zwyrodnieniem korowym (CBD). Dotąd nie został poznany dokładny mechanizm tworzenia się szkodliwych agregatów wywołujących te choroby. Wiadomo jednak, że białka FUS oraz TDP-43 o prawidłowej konformacji biorą udział w procesie składania genów, który nazywany jest alternatywnym splicingiem. Mogą też wchodzić w interakcje z innymi molekułami znajdującymi się w komórce. W ramach współpracy naukowcy z Nagoya University, Aichi Medical University, Fujita Health University oraz innych szkół wyższych w Japonii postanowili zbadać wpływ szkodliwych złogów białek na rozwój chorób neurodegeneracyjnych.

„W naszym poprzednim badaniu na mysim modelu FTLD wykazaliśmy, że białko FUS oddziałujące z czynnikiem bogatym w prolinę i glutaminę (SFPQ) odgrywa znaczącą rolę w patogenezie tej choroby – tłumaczą autorzy pracy opublikowanej w czasopiśmie „Brain”. – Zakłócenie procesu tworzenia się kompleksu FUS-SFPQ prawdopodobnie prowadzi do zmiany proporcji pomiędzy ilością izoformy 4R białka tau a ilością izoformy 3R. Jest to cecha charakterystyczna zaburzeń ze spektrum FTLD”.

W normalnych warunkach FUS oraz SPFQ tworzą kompleks molekularny umiejscowiony w jądrze komórki. SPFQ bierze udział w procesie splicingu. W wyniku mutacji genu FUS nie powstają prawidłowe kompleksy FUS-SFPQ. W efekcie alternatywny splicing genu kodującego białko tau nie jest odpowiednio regulowany. Wówczas może dojść do odkładania się toksycznych agregatów białek, a następnie do degeneracji neuronów.

W swojej najnowszej pracy zespół naukowców z Japonii postanowił połączyć wyniki badań przeprowadzonych na modelu zwierzęcym z wynikami doświadczeń na tkankach ludzkich. Głównym celem było wyjaśnienie, czy istnieje wspólny mechanizm chorób neurodegeneracyjnych związanych ze złogami patogennych białek w neuronach. Przebadano tkanki pobrane podczas autopsji 142 osób cierpiących na: FTLD oraz ALS związane z patologią białka FUS (ALS/FTLD-FUS) lub TDP-43 (ALS/FTLD-TDP), PSP, CBD, chorobę Alzheimera (AD) i chorobę Picka (PD). Uzyskane wyniki porównywano z wynikami badań tkanek pozyskanych od osób zdrowych. Wykonano także szereg barwień immunofluorescencyjnych komórek nerwowych, aby określić stopień oddziaływania pomiędzy FUS a SFPQ. W badaniach wykorzystano również metodę immunoprecypitacji oraz reakcję łańcuchową polimerazy w czasie rzeczywistym (qPCR).

Na obrazach mikroskopowych tkanek kontrolnych oraz pobranych od pacjentów z AD i PD zaobserwowano kolokalizację SFPQ i FUS w komórkach ziarnistych hipokampa oraz komórkach Betza pierwotnej kory ruchowej. Odmienny wynik uzyskano dla ALS/FTLD-FUS, ALS/FTLD-TDP, PSP oraz CBD. W przypadku tych chorób obniżona była również intensywność fluorescencji opisywanych białek. Z kolei dzięki metodzie immunoprecypitacji wykazano istnienie ograniczonej interakcji pomiędzy FUS a SFPQ w ALS/FTLD-TDP i PSP. Przy zastosowaniu tej metody nie zaobserwowano różnic pomiędzy AD a grupą kontrolną.

W kolejnym etapie badań wykorzystano tkankę pozyskaną z kory czołowej. Kompleks FUS-SFPQ reguluje proces przetwarzania genu MAPT kodującego białko tau poprzez alternatywny splicing. W zależności od tego, czy zostanie usunięty czy zachowany region genu MAPT nazywany eksonem 10, powstaje izoforma 3R lub 4R białka tau. Przy pomocy metody qPCR wykazano zaburzoną proporcję obu tych izoform białka tau w ALS/FTLD-TDP oraz PSP. U zdrowych osób proporcja ta wynosi w przybliżeniu 1:1. Tak jak w przypadku pozostałych doświadczeń, metoda qPCR nie wykazała różnic między AD a grupą kontrolną.

Wyniki badań opublikowanych na łamach czasopisma „Brain” wskazują, że interakcja pomiędzy białkami FUS a SFPQ jest zaburzona w przypadku chorób neurodegeneracyjnych ze spektrum zwyrodnień czołowo-skroniowych związanych ze złogami białek FUS, TDP-43 oraz 4R-tau. Tego efektu nie obserwuje się natomiast w chorobie Alzheimera oraz chorobie Picka. Przeprowadzone doświadczenia wskazują na istnienie specyficznego, wspólnego procesu patogennego chorób ze spektrum FTLD. Poszerzanie wiedzy na temat procesów zachodzących w komórkach może w przyszłości pomóc w leczeniu chorób neurodegeneracyjnych. Szczególnie ważne są doświadczenia przeprowadzane na tkankach ludzkich, które dają naukowcom pełniejszy obraz procesu patogenezy chorób otępiennych u ludzi.

„Z naszego badania można wyciągnąć jeden główny wniosek – piszą w podsumowaniu autorzy przełomowej pracy. – Zakłócona interakcja pomiędzy białkami FUS i SFPQ oraz towarzyszące jej zaburzenie proporcji 4R/3R-tau stanowią jedną ze wspólnych ścieżek patogenezy otępień czołowo-skroniowych”.

Bibliografia:
Ishigaki S. et al. Aberrant interaction between FUS and SFPQ in neurons in a wide range of FTLD spectrum diseases. Brain, 2020

Dodaj komentarz