TMEM106Bの喪失オートファゴソームの成熟を破壊することにより、C9ALS/FTD DPR病理を悪化させる

リソソーム機能障害およびオートファジーの関連障害によって引き起こされるタンパク質恒常性の破壊は、筋萎縮性側索硬化症および前頭側頭型認知症（ALS/FTD）の顕著な病理です。ALS/FTDの最も一般的な遺伝的原因は、C9ORF72（C9ALS/FTD）のG4C2ヘキサヌクレオチド反復拡大です。G4C2リピート転写産物の反復関連の非AUG（RAN）翻訳は、毒性であることが示されており、疾患の病因に寄与する可能性があるジペプチド繰り返し（DPR）タンパク質を生じさせます。TMEM106Bの遺伝的変異は、C9ALS/FTDのTDP-43病理学および疾患の進行を伴う前頭側頭葉変性と関連しています。TMEM106Bは、リソソーム生物学のさまざまな側面に関与する未知の機能のリソソーム膜貫通タンパク質をコードします。TMEM106BバリアントがC9ALS/FTDにどのように影響するかはよく理解されていませんが、TMEM106Bタンパク質レベルの変化に関連しています。ここでは、C9ALS/FTD DPR病理学のコンテキストでTMEM106B機能を調査しました。TMEM106B発現のノックダウンは、RAN翻訳DPRSまたはAUG駆動型DPRSを発現する細胞モデル、およびC9AL/FTD由来のIastrocytesを内因性G4C2拡張を伴うC9ALS/FTD由来のIastrocytesを発現するC9ALS/FTD関連細胞毒性DPRタンパク質の蓄積を悪化させることを報告します。TMEM106Bの喪失は、オートファゴソームを破壊することによりオートファジーの後期にブロックを発生させ、オートリソソーム成熟は、リソソーム酸性化の障害、カテプシン活性の低下、およびリソソームの並置核のクラスター化と一致しました。リソソームクラスタリングにはRAB7Aが必要であり、リソソームの細胞周辺へのARL8Bを介した順行性輸送の減少と一致しました。TMEM106B欠損細胞のARL8B活性の増加は、リソソームの分布を回復するだけでなく、オートファジーとDPRタンパク質の蓄積も完全に救助しました。したがって、ARL8Bを介したオートファゴソーム成熟におけるTMEM106Bの新しい機能を特定しました。私たちの調査結果は、TMEM106BバリアントがDPRタンパク質のオートファジークリアランスを調節することによりC9AL/FTDを変更する可能性があることを示しています。したがって、TMEM106B発現レベルをALS/FTDの治療アプローチとして変更することを検討する場合は、注意を払う必要があります。

Disruption to protein homeostasis caused by lysosomal dysfunction and associated impairment of autophagy is a prominent pathology in amyotrophic lateral sclerosis and frontotemporal dementia (ALS/FTD). The most common genetic cause of ALS/FTD is a G4C2 hexanucleotide repeat expansion in C9orf72 (C9ALS/FTD). Repeat-associated non-AUG (RAN) translation of G4C2 repeat transcripts gives rise to dipeptide repeat (DPR) proteins that have been shown to be toxic and may contribute to disease etiology. Genetic variants in TMEM106B have been associated with frontotemporal lobar degeneration with TDP-43 pathology and disease progression in C9ALS/FTD. TMEM106B encodes a lysosomal transmembrane protein of unknown function that is involved in various aspects of lysosomal biology. How TMEM106B variants affect C9ALS/FTD is not well understood but has been linked to changes in TMEM106B protein levels. Here, we investigated TMEM106B function in the context of C9ALS/FTD DPR pathology. We report that knockdown of TMEM106B expression exacerbates the accumulation of C9ALS/FTD-associated cytotoxic DPR proteins in cell models expressing RAN-translated or AUG-driven DPRs as well as in C9ALS/FTD-derived iAstrocytes with an endogenous G4C2 expansion by impairing autophagy. Loss of TMEM106B caused a block late in autophagy by disrupting autophagosome to autolysosome maturation which coincided with impaired lysosomal acidification, reduced cathepsin activity, and juxtanuclear clustering of lysosomes. Lysosomal clustering required Rab7A and coincided with reduced Arl8b-mediated anterograde transport of lysosomes to the cell periphery. Increasing Arl8b activity in TMEM106B-deficient cells not only restored the distribution of lysosomes, but also fully rescued autophagy and DPR protein accumulation. Thus, we identified a novel function of TMEM106B in autophagosome maturation via Arl8b. Our findings indicate that TMEM106B variants may modify C9ALS/FTD by regulating autophagic clearance of DPR proteins. Caution should therefore be taken when considering modifying TMEM106B expression levels as a therapeutic approach in ALS/FTD.