IGF1R-MTOR経路の変調は、ヒトALS SOD1G93A星状細胞の運動ニューロン毒性を減衰させます

最も一般的な運動ニューロン疾患であるALS（筋萎縮性側索硬化症）は、筋肉の除神経と急速に致命的な麻痺を引き起こします。運動ニューロンはALSで最も影響を受ける細胞ですが、疾患の病態生理に関する研究は、星状細胞や他のグリア細胞を含む非細胞自律メカニズムの重要性を強調しています。ALSでは、反応性星状細胞のサブセットは生理学的機能を失い、運動ニューロンに対して毒性になり、それによって疾患の病因に寄与します。疾患の病因に対する星状細胞の寄与の証拠は、星状細胞が運動ニューロン細胞死を促進する変異SOD1に関連する家族性ALSの細胞および動物モデルで十分に確立されています。CNS損傷の条件における星状細胞の反応性の根底にあるメカニズムは、mTOR経路に関与することが示されています。しかし、この保存された代謝シグナル伝達経路の役割、およびその調節の潜在的な治療効果は、ALS星状細胞では調査されていません。ここでは、マクロオートファジー/オートファジーの阻害、細胞増殖の増加、および星状細胞反応性の向上をもたらす、変異体SOD1を抱えるヒト由来星状細胞のmTOR経路の活性化の上昇を示します。変異体SOD1星状細胞におけるmTOR経路の活性化は、mTOR経路の上流陽性変調器であるIGF1R（インスリンのような成長因子1受容体）の転写後アップレギュレーションによるものであることを実証します。重要なことに、IGF1R-MTOR経路の阻害は、変異SOD1星状細胞の細胞増殖と反応性を低下させ、運動ニューロンに対する毒性を減衰させます。これらの結果は、星状細胞IGF1R-MTOR経路の調節がSOD1 ALSおよび潜在的に他の神経疾患の実行可能な治療戦略である可能性があることを示唆しています。Akt：Aktセリン/スレオニンキナーゼ。ALS：筋萎縮性側索硬化症;Brdu：チミジンアナログ5-ブロモ-2'-デオキシウリジン;CNS：中枢神経系;eIF4EBP1/4EBP1：真核生物翻訳開始因子4E結合タンパク質1;GFAP：グリア線維性酸性タンパク質;IGF1R：インスリンのような成長因子1受容体。INSR：インスリン受容体;IPSA：IPSC由来の星状細胞;MAP1LC3B/LC3B：微小管関連タンパク質1軽鎖3ベータ版; MTOR：ラパマイシンキナーゼの機械的標的。NES：ネスチン;PPK1：3-ホスホイノシチド依存性プロテインキナーゼ1;PI：ヨウ化プロピジウム;PPP：picopodophyllotoxin;PTEN：ホスファターゼとテンシンホモログ。S100B/S100β：S100カルシウム結合タンパク質B;SLC1A3/ EAAT1：溶質キャリアファミリー1メンバー3。SMI-32：非リン酸化NEFHに対する抗体。SOD1：スーパーオキシドジスムターゼ1;TUBB3：チューブリンベータ3クラスIII;ULK1：UNC-51のようなオートファジー活性化キナーゼ1。

ALS (amyotrophic lateral sclerosis), the most common motor neuron disease, causes muscle denervation and rapidly fatal paralysis. While motor neurons are the most affected cells in ALS, studies on the pathophysiology of the disease have highlighted the importance of non-cell autonomous mechanisms, which implicate astrocytes and other glial cells. In ALS, subsets of reactive astrocytes lose their physiological functions and become toxic for motor neurons, thereby contributing to disease pathogenesis. Evidence of astrocyte contribution to disease pathogenesis are well established in cellular and animal models of familial ALS linked to mutant SOD1, where astrocytes promote motor neuron cell death. The mechanism underlying astrocytes reactivity in conditions of CNS injury have been shown to involve the MTOR pathway. However, the role of this conserved metabolic signaling pathway, and the potential therapeutic effects of its modulation, have not been investigated in ALS astrocytes. Here, we show elevated activation of the MTOR pathway in human-derived astrocytes harboring mutant SOD1, which results in inhibition of macroautophagy/autophagy, increased cell proliferation, and enhanced astrocyte reactivity. We demonstrate that MTOR pathway activation in mutant SOD1 astrocytes is due to post-transcriptional upregulation of the IGF1R (insulin like growth factor 1 receptor), an upstream positive modulator of the MTOR pathway. Importantly, inhibition of the IGF1R-MTOR pathway decreases cell proliferation and reactivity of mutant SOD1 astrocytes, and attenuates their toxicity to motor neurons. These results suggest that modulation of astrocytic IGF1R-MTOR pathway could be a viable therapeutic strategy in SOD1 ALS and potentially other neurological diseases.Abbreviations: ACM: astrocyte conditioned medium; AKT: AKT serine/threonine kinase; ALS: amyotrophic lateral sclerosis; BrdU: thymidine analog 5-bromo-2'-deoxyuridine; CNS: central nervous system; EIF4EBP1/4EBP1: eukaryotic translation initiation factor 4E binding protein 1; GFAP: glial fibrillary acidic protein; IGF1R: insulin like growth factor 1 receptor; INSR: insulin receptor; iPSA: iPSC-derived astrocytes; MAP1LC3B/LC3B: microtubule associated protein 1 light chain 3 beta;MTOR: mechanistic target of rapamycin kinase; NES: nestin; PPK1: 3-phosphoinositide dependent protein kinase 1; PI: propidium iodide; PPP: picropodophyllotoxin; PTEN: phosphatase and tensin homolog; S100B/S100β: S100 calcium binding protein B; SLC1A3/ EAAT1: solute carrier family 1 member 3; SMI-32: antibody to nonphosphorylated NEFH; SOD1: superoxide dismutase 1; TUBB3: tubulin beta 3 class III; ULK1: unc-51 like autophagy activating kinase 1.