ショウジョウバエにおけるFUS誘発神経毒性は、核細胞質輸送タンパク質のダウンレギュレーションにより抑制される

FUS-induced neurotoxicity in Drosophila is prevented by downregulating nucleocytoplasmic transport proteins.

• Jolien Steyaert
• Wendy Scheveneels
• Joni Vanneste
• Philip Van Damme
• Wim Robberecht
• Patrick Callaerts
• Elke Bogaert
• Ludo Van Den Bosch

抄録

筋萎縮性側索硬化症（ALS）と前頭側頭型認知症（FTD）は、特定の神経細胞群が徐々に失われていくことを特徴とする神経変性疾患である。臨床的、遺伝的、病理学的に重複しているため、両疾患は1つの疾患スペクトルの両極端と考えられており、多くのALSとFTD患者では融合肉腫（FUS）凝集体が存在している。疾患原因が単一遺伝性の家族であっても、疾患発現には顕著なばらつきが観察される。このことは、重要な修飾遺伝子の存在を示唆している。疾患修飾遺伝子の同定は、明確な治療標的の定義や運動ニューロン死に関与する経路の理解に貢献すると考えられる。本研究では、FUS 毒性の新規修飾遺伝子を同定するための新しい in vivo スクリーニングプラットフォームを構築した。ヒトFUSを発現させることで、ミズバエの腹側神経節からの甲殻類有酸素性ペプチド(CCAP)ニューロンの選択的アポトーシスを誘導した。これらのニューロンの発生に障害は観察されず、また脳からの調節性CCAPニューロンにも影響はなかった。我々は、腹側神経脊髄からのCCAPニューロンの数を、ニューロンにおけるFUSの毒性をin vivoで読み取るための指標として用いた。ターゲットスクリーニングにより、核細胞質輸送に関与するタンパク質の強力な修飾的役割を発見した。Nucleoporin 154とExportin1（XPO1）のダウンレギュレーションは、FUSによる神経毒性を抑制した。さらに、XPO1がFUSと相互作用することを示した。XPO1をサイレンシングすることで、ストレス時にFUSが介在物を形成する傾向が有意に減少した。以上のことから、FUSによるALS/FTDの発症には、核細胞質輸送タンパク質が重要な役割を果たしていることが示唆された。

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia (FTD) are neurodegenerative diseases characterized by the progressive loss of specific groups of neurons. Due to clinical, genetic and pathological overlap, both diseases are considered as the extremes of one disease spectrum and in a number of ALS and FTD patients, fused in sarcoma (FUS) aggregates are present. Even in families with a monogenetic disease cause, a striking variability is observed in disease presentation. This suggests the presence of important modifying genes. The identification of disease-modifying genes will contribute to defining clear therapeutic targets and to understanding the pathways involved in motor neuron death. In this study, we established a novel in vivo screening platform in which new modifying genes of FUS toxicity can be identified. Expression of human FUS induced the selective apoptosis of crustacean cardioactive peptide (CCAP) neurons from the ventral nerve cord of fruit flies. No defects in the development of these neurons were observed nor were the regulatory CCAP neurons from the brain affected. We used the number of CCAP neurons from the ventral nerve cord as an in vivo read-out for FUS toxicity in neurons. Via a targeted screen, we discovered a potent modifying role of proteins involved in nucleocytoplasmic transport. Downregulation of Nucleoporin 154 and Exportin1 (XPO1) prevented FUS-induced neurotoxicity. Moreover, we show that XPO1 interacted with FUS. Silencing XPO1 significantly reduced the propensity of FUS to form inclusions upon stress. Taken together, our findings point to an important role of nucleocytoplasmic transport proteins in FUS-induced ALS/FTD.