TIA-1 프리온 유사 도메인의 ALS 돌연변이는 고도로 응축된 병원성 구조를 유발합니다

TIA-1 프리온 유사 도메인의 ALS 돌연변이는 고도로 응축된 병원성 구조를 유발합니다
Advertisements

나오타카 세키야마 https://orcid.org/0000-0003-4537-6565 [이메일 보호], Kiyofumi 타카바, 사오리 마키요네쿠라 ), 켄이치 아카기 https://orcid.org/0000-0002-7051-4598, 야스코 오타니 , 카요 이마무라 https://orcid.org/0000-0002-2141-8495 , 츠요시테라카와, 케이타로 야마시타, 다이고 이나오카 https://orcid.org/ 0000-0002-8643-4031, 코지 요네쿠라 https://orcid.org/0000-0001-5520-4391, 타카시 S. 코다마 https://orcid.org/0000-0001-6820-1907 [이메일 보호] 히데히토 도치오 https://orcid. org/0000-0003-3843-3330 [이메일 보호]

편집자: Robert Tycko, National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases, Bethesda, MD; 2021년 12월 16일 접수; 수락 2022년 7월 22일

2022년 9월 16일

119 (38) e2122523119


  • 중요성

    T 세포 세포내 항원-1(TIA-1)에 대해 연구되었습니다. 스트레스 그래뉼 연구를 시작한 지 20여년이 지난 지금, 스트레스 그래뉼의 주요 구성성분일 뿐만 아니라 다양한 생리적 기능을 가지고 있기 때문입니다. 이 연구에서 우리는 질병 관련 돌연변이가 원자 수준에서 자가 조립 모드를 어떻게 변경하는지 설명하고 TIA-1 프리온 유사 도메인 액적 내에서 잠재적으로 작용하는 스티커 및 스페이서 특성을 정량화하는 5개 아미노산 모델을 제안했습니다. 이 모델을 통해 질병 관련 돌연변이가 응축물 특성에 중요한 영향을 미칠 수 있는 방법을 평가할 수 있었습니다. 우리의 연구는 본질적으로 무질서한 단백질에서 아미노산 돌연변이에 의해 유발되는 신경퇴행성 질환의 분자적 메커니즘을 해명할 가능성이 있습니다.

    Abstract

    T 세포 세포내 항원-1( TIA-1)은 프리온 유사 도메인(PLD)을 통한 자가 조립에 의한 응력 과립(SG) 형성에서 중심 역할을 합니다. TIA-1 PLD에서 근위축성 측삭 경화증(ALS) 또는 웰랜더 원위 근육병증(WDM)과 같은 신경 퇴행성 질환과 관련된 아미노산 돌연변이가 확인되었습니다. 그러나 이러한 돌연변이가 PLD 자가 조립 특성에 어떻게 영향을 미치는지는 아직 밝혀지지 않았습니다. 이 연구에서 우리는 돌연변이로 인한 암묵적인 병원성 구조를 발견했습니다. NMR 분석은 PLD의 동적 구조가 5개 잔기 단위의 아미노산의 물리화학적 특성에 의해 상승적으로 결정됨을 나타내었다. 분자 역학 시뮬레이션 및 3차원 전자 결정학은 생화학적 분석과 함께 WDM 돌연변이 E384K가 점착 특성을 약화시킨 반면 ALS 돌연변이 P362L 및 A381T는 각각 β-시트 상호작용 및 고도로 응축된 어셈블리를 유도함으로써 자가 조립을 향상시키는 것으로 나타났습니다. . 이러한 결과는 P362L 및 A381T 돌연변이가 상분리 액적 형성 후 비가역적 아밀로이드 섬유화 가능성을 증가시키고 이 과정이 병원성을 유발할 수 있음을 시사합니다.

    이 기사에 대한 전체 액세스 권한 얻기

    구매 , 이 기사를 구독하거나 사서에게 추천하십시오.

    데이터, 자료 및 소프트웨어 가용성

    원자좌표 및 구조인자는 Protein Data Bank, https에 기탁되어 있습니다. ://www.wwpdb.org(PDB ID 코드: A381T의 경우 7VI4 및 WT의 경우 7VI5)(64, 65). TIA-1 smPLD에 대한 백본 화학적 이동 및 이완 데이터는 BMRB(수탁 번호: 51102 및 51103)에 기탁되었습니다(66, 67). 원시 전자 회절 패턴은 Zenodo Open Data Repository(A381T의 경우 10.5281/zenodo.6921032 및 WT의 경우 10.5281/zenodo.6923395)에 기탁되었습니다(68, 69).

    감사의 말씀

    마이크로플레이트 리더와 UV-Vis 분광광도계를 공유해 주신 T. Yamashita와 Y. Shichida에게 감사드립니다. F. 현미경 실험에 대한 조언을 위해 Ishidate; 컴퓨팅 리소스 공유를 위한 S. Takada; 결정화 장비를 공유한 R. Suno 및 S. Iwata; M. Haranosono와 R. Kobayashi를 포함한 HT 연구소의 구성원들에게 도움이 되는 토론을 했습니다. 현미경 실험은 교토 대학 고등 연구 연구소 iCeMS 분석 센터, 통합 세포 재료 과학 연구소(iCeMS)에서 수행되었습니다. 이 작업은 일본 과학 진흥 학회(JSPS) KAKENHI Grant JP19K06584(NS로), 문부과학성(MEXT) KAKENHI Grant JP22H05090(NS로), JST-CREST의 지원을 받았습니다. 보조금 JPMJCR1762(HT), JST-Mirai 프로그램 보조금 번호 JPMJMI20G5(K. Yonekura) 및 일본 의료 연구 개발청(JP)의 임상 권한 부여를 위한 순환 혁신(K. Yonekura). 이 작업은 선진 연구 인프라의 공공 활용 촉진을 위해 MEXT 프로젝트에서 공유된 연구 장비를 사용한 결과입니다(새로운 공유 시스템 도입 지원 프로그램) Grant JPMXS0421700121.

    지원 정보

    참고문헌

    1

    에스. Boeynaems et al., 단백질 상 분리: 세포 생물학의 새로운 단계. 트렌드셀바이오 28, 420–435(2018).

    2

    비. Wolozin, P. Ivanov, 스트레스 과립 및 신경변성. Nat. Neurosci 목사

    20
    , 649–666(2019).

    N. Kedersha, M. Gupta, W. Li, I. Miller, P. Anderson, RNA 결합 단백질 TIA-1 및 TIAR은 eIF-2alpha의 인산화를 포유류 스트레스 과립의 조립에 연결합니다. 제이. 세포 바이올.

    147
    , 1431–1441(1999).

    4

    N. Kedersha et al., TIA-1의 동적 셔틀은 포유류 스트레스 과립에 mRNA의 모집을 동반합니다. 제이. 세포 바이올.

    151
    , 1257–1268(2000).

    5

    N. Kedersha et al., 삼원 복합체(eIF2-GTP-tRNA(i)(Met))-결핍 초기 개시 복합체가 포유류 스트레스 과립의 핵심 구성성분이라는 증거. 몰. 바이올. 셀

    13
    , 195–210(2002).

    6

    에스. Jain et al., ATPase-modulated stress granules 포함 다양한 proteome 및 substructure 기사 ATPase-modulated stress granules에는 다양한 proteome 및 substructure가 포함되어 있습니다.

    164
    , 487–498 (2016).

    7

    에스. Markmiller et al., 스트레스 과립 내 단백질 상호작용의 상황 의존적 및 질병별 다양성.

    172
    , 590–604.e13(2018).

    8

    JY Yun et al., 고밀도 근접 매핑 mRNA 관련 과립 및 신체의 세포 내 조직을 나타냅니다. 몰. 셀

    69
    , 517–532.e11(2018).

    9

    JP Taylor, RH Brown Jr., DW Cleveland, ALS 디코딩: 유전자에서 메커니즘에. 자연

    539
    , 197–206(2016).

    10

    디. Ito, M. Hatano, N. Suzuki, ALS/FTD 신경변성의 RNA 결합 단백질 및 병리학적 캐스케이드. 과학. 번역 의료

    9
    , eaah5436 (2017).

    11

    중. Kato et al., RNA 과립의 무세포 형성: 낮은 복잡성 서열 도메인은 하이드로겔 내에서 동적 섬유를 형성합니다.

    149
    , 753–767 (2012).

    12

    나. Peran, T. Mittag, 생체 분자 응축물의 분자 구조. 커 의견. 구조. 바이올.

    60
    , 17–26(2020).

    13

    KA Burke, AM Janke, CL Rhine, NL Fawzi, RNA 중합효소 II의 C-말단 도메인에 결합하는 시험관내 FUS 과립의 잔류물별 보기. 몰. 셀

    60
    , 231–241 (2015).

    14

    AC Murthy et al., Molecular FUS 저복잡도 도메인의 액체-액체 상 분리의 기본 상호 작용. Nat. 구조. 몰. 바이올.

    26
    , 637–648 (2019).

    15

    JP Brady et al. , 상 분리에 대한 생식 세포 특이적 단백질의 본질적으로 무질서한 영역의 구조적 및 유체역학적 특성. 절차 내셔널 아카드. 과학. 미국, 114

    , E8194–E8203(2017).

    16

    TJ Nott 외 ., 무질서한 nuage 단백질의 상전이는 환경적으로 반응하는 막 없는 세포소기관을 생성합니다. 몰. 셀

    57
    , 936–947(2015).

    17

    비. Gabryelczyk et al., 수소 결합 유도 및 방향족 적층은 본질적으로 무질서한 히스티딘이 풍부한 펩타이드의 액체-액체 상 분리를 유도합니다. Nat. 커뮤.

    10
    , 5465 (2019).

    18

    CW 박 외 ., 무질서한 단백질의 복잡한 코아세르베이션에 의한 세포내 상 분리의 서열 결정인자. 몰. 셀

    63
    , 72–85 (2016).

    19

    아르 자형. McCoy Vernon et al., Pi-Pi 접촉은 상 분리와 관련된 간과된 단백질 기능입니다. 이라이프

    7
    , e31486(2018).

    20

    제이. Wang et al., 프리온 유사 RNA 결합 단백질의 상 분리를 위한 추진력을 지배하는 분자 문법.

    174
    , 688–699.e16(2018).

    21

    MP Hughes et al., 저복잡도 단백질 세그먼트의 원자 구조는 네트워크를 조립하는 꼬인 b 시트를 나타냅니다. 과학.

    701
    , 698–701 (2018).

    22

    에프 . Luo et al., FUS LC 도메인 세그먼트의 원자 구조는 가역적 아밀로이드 원섬유 형성에 대한 염기를 나타냅니다. Nat. 구조. 몰. 바이올.

    25
    , 341–346 (2018).

    23

    엑스. Gui et al., hnRNPA1의 가역성 아밀로이드에 대한 구조적 기초는 응력 과립 조립에서 이들의 역할을 설명합니다. Nat. 커뮤.

    10
    , 2006(2019).

    24

    EL Guenther et al., TDP-43 LCD 세그먼트의 원자 구조 및 가역적 또는 병원성 응집에 대한 통찰력. Nat. 구조. 몰. 바이올.

    25
    , 463–471 (2018).

    25

    제이. Lu et al., hnRNPA2의 저복잡도 도메인의 CryoEM 구조 및 병원성 아밀로이드로의 전환. Nat. 커뮤.

    11
    , 4090(2020).

    26

    DT Murray et al., FUS 단백질 원섬유의 구조 및 낮은 복잡성 도메인의 자가 조립 및 상 분리에 대한 관련성.

    171
    , 615–627.e16(2017).

    27

    아르 자형. Nelson et al., Structure of the cross-β spine of amyloid-like fibrils. 자연

    435, 773–778 (2005).

    28

    MR Sawaya et al., 아밀로이드 교차 β 척추의 원자 구조는 다양한 입체 지퍼를 나타냅니다. 자연

    447
    , 453–457(2007).

    29

    엑스. Li, JB Rayman, ER Kandel, IL Derkatch, Tia1/Pub1 및 Sup35 프리온 도메인의 기능적 역할: 튜불린 세포골격에 대한 단백질 합성 기계 지시. 몰. 셀

    55
    , 305–318 (2014).

    30

    JB Rayman, KA Karl, ER Kandel, TIA-1 자가 다중화, 상 분리 및 응력 과립으로의 모집은 Zn에 의해 동적으로 조절됩니다. 2

    . 셀 담당자
    22
    , 59–71 (2018).

    31

    N. Gilks ​​et al., 스트레스 과립 조립은 TIA-1의 프리온 유사 응집에 의해 매개됩니다. 몰. 바이올. 셀

    15
    , 5383–5398(2004).

    32

    와이. Furukawa, K. Kaneko, G. Matsumoto, M. Kurosawa, N. Nukina, Q/N이 풍부한 단백질의 교차 파종 섬유화는 폴리글루타민 질병의 새로운 병리 기전을 제공합니다. 제이. 신경과학.

    29
    , 5153–5162(2009).

    33

    티. Vanderweyde et al., tauopathies에서 스트레스 과립 단백질 TIA-1 및 G3BP의 대조 병리학. 제이. 신경과학.

    32