Acta Neuropathologica: TDP 43转运核糖体蛋白mRNA调节神经元轴突的轴突局部翻译

肌萎缩性侧索硬化（ALS）和额颞叶变性（FTLD）是一种神经退行性疾病，主要影响大脑和脊髓的运动神经元，以及大脑皮质神经元，进而导致肌肉无力和痴呆。到目前为止，在ALS和FTLD中发现了多种致病基因，其中大部分基因参与了两种疾病的发病机制。然而，这些疾病的分子机制尚不清楚，尚未制定出强有力的治疗策略。这种疾病最重要的病理特征之一是TAR DNA结合蛋白（TDP）-43从细胞核消失并异常沉积到受影响的神经元的细胞质中（TDP-43蛋白病），这在许多致病基因突变的病例中都可以观察到。

TDP-43在胞浆中的定位错误和异常沉积（TDP-43蛋白病）是ALS和FTLD神经元的标志。然而，与TDP-43相关的疾病的致病机制目前尚不清楚。我们假设TDP-43不能将mRNA转运到神经元轴突且可能导致ALS和FTLD的神经退行性变，并试图通过确定TDP-43的轴突转运靶向mRNA来研究TDP-43的功能。我们发现，在皮质神经元的轴突中，shRNA介导的TDP-43基因敲除降低了包括核糖体蛋白（RPs）在内的与翻译功能相关的mRNAs。TDP-43通过其5'端寡嘧啶区和下游富含GC区的5′端非翻译区与RP-mRNAs结合并转运。

我们通过体外和体内模型证明，RP-mRNAs被翻译并结合到轴突局部的天然核糖体中，从而维持轴突核糖体的功能，轴突核糖体是局部蛋白质合成所必需的，以应对轴突的刺激和压力。我们还发现散发性ALS患者锥体束中RP-mRNAs减少。我们的结果阐明了TDP-43在控制RP-mRNAs转运和核糖体局部翻译以维持神经元轴突形态完整性的新功能，并证明了TDP-43的这种功能对与TDP-43蛋白病相关的ALS和FTLD的神经退行性变的影响。

方法：从21日龄小鼠（每种实验条件下3只小鼠）的6个冰冻保存脑片（各100μm厚）中提取脑白质总RNA。用光学显微镜进行激光显微切割。用TRIZOL提取RNA，逆转录酶反应如上所述。用TaqMan Universal Master Mix II，no UNG（应用生物系统）对cDNA进行20个周期的PCR后，根据单细胞基因表达的协议，使用nCounter（纳米串技术）实现了与探针的杂交和信号计数。数据由nSolver分析软件3.0进行分析。如有要求，可提供用于分析的引物和探针组序列。

总而言之，我们确定RP-mRNAs是TDP-43转运到轴突的靶基因。TDP-43不仅在RP-mRNAs的轴突转运中起作用，而且在维持轴突核糖体的主要功能中也发挥作用，而轴突核糖体是局部蛋白质合成的必需物质。

Nagano, S., Jinno, J., Abdelhamid, R.F. et al. TDP-43 transports ribosomal protein mRNA to regulate axonal local translation in neuronal axons. Acta Neuropathol 140, 695–713 (2020). https://doi.org/10.1007/s00401-020-02205-y