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FUS変異体ヒト運動ニューロンのプロテオミクス解析から、3'UTR結合を介して細胞骨格や他のALS関連タンパク質の制御が変化していることが明らかになった
Proteomics analysis of FUS mutant human motoneurons reveals altered regulation of cytoskeleton and other ALS-linked proteins via 3'UTR binding.
PMID: 32678235 DOI: 10.1038/s41598-020-68794-6.
抄録
筋萎縮性側索硬化症（ALS）では、変異したRNA結合タンパク質が異常な機能を獲得し、RNA代謝が変化し、コードされたタンパク質レベルに大きな影響を与えることを示唆する証拠が増えている。本研究では、ヒト多能性幹細胞モデルを用いて、ALS変異体FUSが運動ニューロンのプロテオームに与える影響を明らかにすることを目的とした。質量分析法による無標識プロテオーム解析の結果、異化過程や酸化還元に関与する蛋白質のアップレギュレーション、細胞骨格蛋白質やニューロン投射を誘導する因子のダウンレギュレーションが明らかになった。プロテオームの変化とトランスクリプトームの変化との間には、メカニズム的な相関は見られなかった。むしろ、変異体FUSが3'UTRの標的mRNAに選択的に結合することと強い相関関係が観察された。変異型FUSが選択的に結合する新規な標的としては、VCPのような家族性または散発性のALSに以前から関与していた遺伝子や、ASAP1のような膜輸送や細胞骨格のリモデリングを制御する遺伝子が挙げられる。これらの知見は、変異FUSがALS患者の運動ニューロンにおける他の経路と交差する新たなメカニズムを明らかにするものである。
Increasing evidence suggests that in Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) mutated RNA binding proteins acquire aberrant functions, leading to altered RNA metabolism with significant impact on encoded protein levels. Here, by taking advantage of a human induced pluripotent stem cell-based model, we aimed to gain insights on the impact of ALS mutant FUS on the motoneuron proteome. Label-free proteomics analysis by mass-spectrometry revealed upregulation of proteins involved in catabolic processes and oxidation-reduction, and downregulation of cytoskeletal proteins and factors directing neuron projection. Mechanistically, proteome alteration does not correlate with transcriptome changes. Rather, we observed a strong correlation with selective binding of mutant FUS to target mRNAs in their 3'UTR. Novel validated targets, selectively bound by mutant FUS, include genes previously involved in familial or sporadic ALS, such as VCP, and regulators of membrane trafficking and cytoskeleton remodeling, such as ASAP1. These findings unveil a novel mechanism by which mutant FUS might intersect other pathogenic pathways in ALS patients' motoneurons.