Investigation of molecular and cellular functions of TDP-43 and FUS, pathorelevant proteins in frontotemporal dementias and amyotrophic lateral sclerosis

• Antragsteller: Professor Dr. Philipp J. Kahle
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 162802384

Die RNA-bindenden Proteine TDP-43 und FUS definieren neuropathologisch neuartige Subtypen von frontotemporaler Lobärdegeneration und amyotropher Lateralsklerose. Zudem bewirken Mutationen in diesen Genen solche neurologischen Syndrome. Klinische Mutationen häufen sich in carboxy-terminalen Domänen beider Proteine. Im Falle von TDP-43 ist die hauptsächlich betroffene Domäne eine vermutete Protein-Protein-Interaktionsdomäne welche auch Prion-artige Aggregationsdeterminanten enthält. Die funktionellen und pathophysiologisch relevanten Auswirkungen dieser TDP-43 Mutationen sind weitgehend unverstanden. Im Falle von FUS ist ein Kernimportsignal betroffen. Klinische Mutationen führen zu einer starken Verschiebung der FUS-Verteilung ins Zytosol. Dort kann FUS in Stress-Granula eingelagert werden. Ob und wie sich diese langfristig in neuropathologisch auffällige Aggregate umwandeln bleibt zu klären. Stress-Granula sind spezielle zelluläre Ansammlungen von mRNAs, die für kurzfristig entbehrliche oder sogar störende Proteine kodieren. In Stress-Granula wird deren Translation gehemmt durch Rekrutierung bestimmter Proteine. Dieser Vorgang gibt betroffenen Zellen Gelegenheit, den verursachenden Stress zu abzuwehren. Auch TDP-43 hat die Eigenschaft, aus dem Zellkern in Stress-Granula verschoben zu werden. Zudem sind beide Proteine in Nervenzellen auch an neuritischen RNA-Transportprozessen beteiligt. Die Funktionen im Zellkern umfassen Regulation der Transkription sowie Reifung und Stabilisierung diverser RNA Spezies.Dank erheblicher Forschungsanstrengungen weltweit in den letzten Jahren, nicht zuletzt unserer eigenen Arbeiten in der 1. Förderperiode und unveröffentlichten Vorarbeiten, konnten faszinierende erste Einblicke in die Zellbiologie und Pathophysiologie von TDP-43 und FUS gewonnen werden. Das Verständnis für diese pathogenen Proteine soll hier erweitert werden in Zellkulturen und Fruchtfliegen (Drosophila) als Modell-Organismus, mit dem Ziel die molekularen Mechanismen besser zu verstehen und zu übertragen auf Biomarker für menschliche Patienten und schliesslich neue Angriffspunkte für therapeutische Ansätze zur Behandlung dieser unheilbaren Krankheiten zu erarbeiten. Die konkreten Ziele sind:1) Funktionelle Validierungen und Erforschung der Zellbiologie von TDP-43 Interaktionspartnern und Komplexen aus unserem Hefe 2-Hybrid-Screen, spezifisch mit Hinblick auf Ubiquitinylierungs-Reaktionen und proteasomalem Abbau sowie im Kontext von RNA-bindenden Proteinkomplexen2) Identifizierung von FUS-regulierten Transkripten mittels RNAseq3) Untersuchungen von genetischen Interaktionen in Drosophila-Modellen für TDP-43 und FUS, sowohl unter Einbezug der Screening-Daten als auch Hypothesen-getrieben (Modulation des Zellkern-Importes und nukleozytoplasmatische Relokalisationen)

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen