筋萎縮性側索硬化症の文脈において、line-1タンパク質の特性と繰り返し元素発現を繰り返します

背景：筋萎縮性側索硬化症（ALS）は、運動ニューロンの喪失を含む致命的な神経変性疾患であり、治療法や不確実な病因が既知のものではありません。いくつかの研究では、レトロトランスポゾンの発現の変化とALSの間に関係があります。LINE-1（L1）レトロトランスポゾンエンコードORF1タンパク質（ORF1P）の特定の特徴は、細胞質凝集体の形成を含む神経変性関連RNA結合タンパク質の特徴に類似しています。この研究では、これらの機能を調査し、L1発現とALSの間の可能なリンクを検討します。 結果：最初に、核局在を含むLINE-1 ORF1Pの凝集と細胞内分布を調節する要因を検討しました。一部のORF1Pアミノ酸残基の変化は、レトロトランスポジション効率とタンパク質凝集ダイナミクスの両方を変化させ、そのような多型がヒトゲノムに豊富な内因性L1に存在することがわかりました。しかし、ORF1PにおけるCRM1を介した核輸出シグナルを特定することも、ヒト2102EP生殖系テラトカノーマ細胞における内因性ORF1P核局在における細胞周期の厳密な関与も特定できませんでした。ALSに関連するいくつかのタンパク質は、細胞質RNA顆粒のL1 ORF1Pリボ核タンパク質粒子と結合し、共局在します。TAR DNA結合タンパク質（TDP-43）を含むいくつかのALS関連タンパク質の発現の増加は、細胞培養レトロトランスポジションを強く制限し、一部の疾患関連の変異はこれらの効果を修正します。ALS組織の定量的逆転写PCR（RT-QPCR）および公開されているRNA-Seqデータセットの再分析を使用して、レトロトランスポゾンの発現の変化がALSに関連しているかどうかを尋ねました。散発性ALS組織では最小限の変化された発現が見つかりましたが、C9ORF72遺伝子変異ALS患者の多くの繰り返しサブファミリーの微分発現の以前の報告を確認しました。 結論：ここで、凝集しやすい系統-1 orf1p RNA結合タンパク質の細胞内局在ダイナミクスの理解を拡大しました。しかし、散発性ALSにおけるLINE-1レトロトランスポゾンの誤った規制の説得力のある証拠も、L1発現に対するALS関連のTDP-43タンパク質の明確な効果を見つけることができませんでした。要するに、私たちの研究は、活性レトロトランスポゾンの相互作用とALSの分子的特徴が予想よりも複雑であることを明らかにしています。したがって、ALSおよび他の神経変性障害のレトロトランスポゾン活性の変化の潜在的な結果は、継続的な調査に値します。

BACKGROUND: Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease involving loss of motor neurons and having no known cure and uncertain etiology. Several studies have drawn connections between altered retrotransposon expression and ALS. Certain features of the LINE-1 (L1) retrotransposon-encoded ORF1 protein (ORF1p) are analogous to those of neurodegeneration-associated RNA-binding proteins, including formation of cytoplasmic aggregates. In this study we explore these features and consider possible links between L1 expression and ALS. RESULTS: We first considered factors that modulate aggregation and subcellular distribution of LINE-1 ORF1p, including nuclear localization. Changes to some ORF1p amino acid residues alter both retrotransposition efficiency and protein aggregation dynamics, and we found that one such polymorphism is present in endogenous L1s abundant in the human genome. We failed, however, to identify CRM1-mediated nuclear export signals in ORF1p nor strict involvement of cell cycle in endogenous ORF1p nuclear localization in human 2102Ep germline teratocarcinoma cells. Some proteins linked with ALS bind and colocalize with L1 ORF1p ribonucleoprotein particles in cytoplasmic RNA granules. Increased expression of several ALS-associated proteins, including TAR DNA Binding Protein (TDP-43), strongly limits cell culture retrotransposition, while some disease-related mutations modify these effects. Using quantitative reverse transcription PCR (RT-qPCR) of ALS tissues and reanalysis of publicly available RNA-Seq datasets, we asked if changes in expression of retrotransposons are associated with ALS. We found minimal altered expression in sporadic ALS tissues but confirmed a previous report of differential expression of many repeat subfamilies in C9orf72 gene-mutated ALS patients. CONCLUSIONS: Here we extended understanding of the subcellular localization dynamics of the aggregation-prone LINE-1 ORF1p RNA-binding protein. However, we failed to find compelling evidence for misregulation of LINE-1 retrotransposons in sporadic ALS nor a clear effect of ALS-associated TDP-43 protein on L1 expression. In sum, our study reveals that the interplay of active retrotransposons and the molecular features of ALS are more complex than anticipated. Thus, the potential consequences of altered retrotransposon activity for ALS and other neurodegenerative disorders are worthy of continued investigation.