AFG3L2タンパク質分解ドメインの病原性バリアントは、ハプロイン不全とプロテオスタティックストレス駆動型OMA1活性化を介してSCA28を引き起こす

Pathogenic variants in the AFG3L2 proteolytic domain cause SCA28 through haploinsufficiency and proteostatic stress-driven OMA1 activation.

• Susanna Tulli
• Andrea Del Bondio
• Valentina Baderna
• Davide Mazza
• Franca Codazzi
• Tyler Mark Pierson
• Alessandro Ambrosi
• Dagmar Nolte
• Cyril Goizet
• Camilo Toro
• Jonathan Baets
• Tine Deconinck
• Peter DeJonghe
• Paola Mandich
• Giorgio Casari
• Francesca Maltecca

抄録

背景:

脊髄小脳失調症28型（SCA28）は、ミトコンドリア-AAA複合体のサブユニットであるAFG3L2タンパク質がタンパク質の品質管理に関与していることが原因で引き起こされる、遺伝性の神経変性疾患である。本研究の目的は、これまで特徴づけが困難であったSCA28の分子機構を明らかにすることである。

BACKGROUND: Spinocerebellar ataxia type 28 (SCA28) is a dominantly inherited neurodegenerative disease caused by pathogenic variants in The AFG3L2 protein is a subunit of mitochondrial -AAA complexes involved in protein quality control. Objective of this study was to determine the molecular mechanisms of SCA28, which has eluded characterisation to date.

方法:

我々は、AFG3L2タンパク質分解ドメインの異なる病原性バリアント（ミスセンス：新たに同定されたp.F664Sとp.M666T、p.G671R、p.Y689H、および切り捨てフレームシフトp.L556fs）を有するSCA28患者線維芽細胞を誘導し、ミトコンドリア生理学の多面的な分析を行った。残存-AAA活性の参考として、ホモ接合p.Y616C病原性バリアントを持つSPAX5患者線維芽細胞、CRISPR/Cas9ゲノム編集によるHEK293T細胞、マウス線維芽細胞を用いた。

METHODS: We derived SCA28 patient fibroblasts carrying different pathogenic variants in the AFG3L2 proteolytic domain (missense: the newly identified p.F664S and p.M666T, p.G671R, p.Y689H and a truncating frameshift p.L556fs) and analysed multiple aspects of mitochondrial physiology. As reference of residual -AAA activity, we included SPAX5 patient fibroblasts with homozygous p.Y616C pathogenic variant, HEK293 T cells by CRISPR/Cas9-genome editing and murine fibroblasts.

結果:

我々は、ミスセンス変化を持つSCA28細胞は正常なレベルの-AAA複合体を有しているのに対し、切り捨て型の病原性バリアントを持つ細胞はこの半分の量しか有していないことを発見した。また、SCA28細胞では、OPA1処理が亢進しているために、ミトコンドリア融合が非効率的に行われていることを明らかにした。その結果、ミトコンドリアのタンパク質合成を薬理学的に減少させることで、OMA1とOPA1ロングフォームのレベルが安定化され、ミトコンドリア融合の効率が改善された。また、ミトコンドリアの形態変化に伴い、SCA28細胞ではミトコンドリアカルシウムの取り込みが減少した。

RESULTS: We found that SCA28 cells carrying missense changes have normal levels of assembled -AAA complexes, while the cells with a truncating pathogenic variant had only half of this amount. We disclosed inefficient mitochondrial fusion in SCA28 cells caused by increased OPA1 processing operated by hyperactivated OMA1. Notably, we found altered mitochondrial proteostasis to be the trigger of OMA1 activation in SCA28 cells, with pharmacological attenuation of mitochondrial protein synthesis resulting in stabilised levels of OMA1 and OPA1 long forms, which rescued mitochondrial fusion efficiency. Secondary to altered mitochondrial morphology, mitochondrial calcium uptake resulted decreased in SCA28 cells.

結論:

我々のデータは、SCA28の病態形成の初期段階の事象を明らかにし、治療法の新たな展望を開くものである。SCA28細胞と細胞の間でミトコンドリアの表現型が類似していることを確認することで、我々の結果は、研究された病原性の変異のメカニズムとしてハプロイン不全を支持するものである。

CONCLUSION: Our data identify the earliest events in SCA28 pathogenesis and open new perspectives for therapy. By identifying similar mitochondrial phenotypes between SCA28 cells and cells, our results support haploinsufficiency as the mechanism for the studied pathogenic variants.

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