FUSのALS関連変異は、SMNの軸索分布と機能を破壊します

肉腫で融合したRNA結合タンパク質の変異/脂肪肉腫（FUS/TLS）で翻訳された変異は、筋萎縮性側索硬化症（ALS）を引き起こします。FUSのALS結合変異は、しばしばタンパク質のサイトゾル誤局在につながりますが、これらの突然変異の根底にある病原性メカニズムはあまり理解されていません。これらのメカニズムに関する洞察を得るために、ニューロンの変異FUSの生化学的、細胞生物学的および機能的特性を調べました。ニューロンにおける異なるFUS変異体（R521C、R521H、p525L）の発現は軸索欠損を引き起こしました。これらの表現型を説明するために実行されたタンパク質相互作用スクリーンは、脊髄筋萎縮（SMA）を含む多数のFUS相互作用を、タンパク質生存モーターニューロン（SMN）を引き起こす多くのFUS相互作用を特定しました。生化学実験により、FUSとSMNは直接的かつ内因的に相互作用し、この相互作用がFUS変異によって調節できることが示されました。免疫染色により、一次ニューロンにおける変異FUS凝集体とSMNの共局在が明らかになりました。SMNのサイトゾルFUS蓄積へのこの再分布により、軸索SMNが減少しました。最後に、細胞生物学的実験により、SMNの過剰発現が変異FUSによって誘発される軸索欠損を救助し、FUS変異がSMNを介して軸索欠損を引き起こすことを示唆していることが示されました。この研究は、変異体FUSタンパク質によって形成されたニューロン凝集体がSMNを異常に隔離し、軸索内のSMNレベルの低下を引き起こし、軸索欠損につながる可能性があることを示しています。これらのデータは、ALS関連FUS変異、SMN、およびニューロンのつながりの間の機能的なリンクを提供し、SMAやALSなどの異なる運動ニューロン障害が共有分子経路の欠陥によって部分的に引き起こされる可能性があるという考えをサポートします。

Mutations in the RNA binding protein fused in sarcoma/translated in liposarcoma (FUS/TLS) cause amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Although ALS-linked mutations in FUS often lead to a cytosolic mislocalization of the protein, the pathogenic mechanisms underlying these mutations remain poorly understood. To gain insight into these mechanisms, we examined the biochemical, cell biological and functional properties of mutant FUS in neurons. Expression of different FUS mutants (R521C, R521H, P525L) in neurons caused axonal defects. A protein interaction screen performed to explain these phenotypes identified numerous FUS interactors including the spinal muscular atrophy (SMA) causing protein survival motor neuron (SMN). Biochemical experiments showed that FUS and SMN interact directly and endogenously, and that this interaction can be regulated by FUS mutations. Immunostaining revealed co-localization of mutant FUS aggregates and SMN in primary neurons. This redistribution of SMN to cytosolic FUS accumulations led to a decrease in axonal SMN. Finally, cell biological experiments showed that overexpression of SMN rescued the axonal defects induced by mutant FUS, suggesting that FUS mutations cause axonal defects through SMN. This study shows that neuronal aggregates formed by mutant FUS protein may aberrantly sequester SMN and concomitantly cause a reduction of SMN levels in the axon, leading to axonal defects. These data provide a functional link between ALS-linked FUS mutations, SMN and neuronal connectivity and support the idea that different motor neuron disorders such as SMA and ALS may be caused, in part, by defects in shared molecular pathways.