CAMP/PKAシグナル伝達は、TDP-43の凝集と誤局在を調節します

TDP-43タンパク質の細胞質誤局在と凝集は、筋萎縮性側索硬化症（ALS）の特徴であり、家族性と散発性の両方の症例の大部分で観察されています。ただし、これらの2つの相互接続プロセスが分子レベルでどのように調節されているかは、謎めいたままです。ALS関連遺伝子TDP-43およびFUSの修飾因子のゲノム全体のスクリーニングは、フルーツフライのショウジョウバエメラノガスターのALS関連表現型の重要な調節因子としてホスホリパーゼD（PLD）経路を特定しました[M.W. Kankel et al。、Genetics 215、747-766（2020）]。ここでは、PLDの酵素産物であるホスファチジン酸の下流ターゲットの検索結果を報告します。cAMP/PKAシグナル伝達経路の2つの保存された負の調節因子、ホスホジエステラーゼダンスと阻害サブユニットPKA-R2を特定します。これらの遺伝子のいずれかをノックダウンすると、幼虫運動ニューロン細胞体におけるTBPH凝集と誤局在の両方の緩和、および成人発症運動欠陥の改善とTBPHによって誘導される寿命の短縮が得られることを示します。PKAキナーゼ活性はTBPHとPLDの両方の下流であり、PKAターゲットCREBAの過剰発現がTBPH誤局在を救うことができると判断します。これらの発見は、cAMP/PKAシグナル伝達を増やすことで、病理学的TDP-43の分子的および機能的効果を改善できるモデルを示唆しています。

Cytoplasmic mislocalization and aggregation of TDP-43 protein are hallmarks of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and are observed in the vast majority of both familial and sporadic cases. How these two interconnected processes are regulated on a molecular level, however, remains enigmatic. Genome-wide screens for modifiers of the ALS-associated genes TDP-43 and FUS have identified the phospholipase D (Pld) pathway as a key regulator of ALS-related phenotypes in the fruit fly Drosophila melanogaster [M. W. Kankel et al., Genetics 215, 747-766 (2020)]. Here, we report the results of our search for downstream targets of the enzymatic product of Pld, phosphatidic acid. We identify two conserved negative regulators of the cAMP/PKA signaling pathway, the phosphodiesterase dunce and the inhibitory subunit PKA-R2, as modifiers of pathogenic phenotypes resulting from overexpression of the Drosophila TDP-43 ortholog TBPH. We show that knockdown of either of these genes results in a mitigation of both TBPH aggregation and mislocalization in larval motor neuron cell bodies, as well as an amelioration of adult-onset motor defects and shortened lifespan induced by TBPH. We determine that PKA kinase activity is downstream of both TBPH and Pld and that overexpression of the PKA target CrebA can rescue TBPH mislocalization. These findings suggest a model whereby increasing cAMP/PKA signaling can ameliorate the molecular and functional effects of pathological TDP-43.