Published December 8, 2020
| Version v1
Publication
Open
Cytoplasmic Expression of the ALS/FTD-Related Protein TDP-43 Decreases Global Translation Both in vitro and in vivo
Creators
- 1. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 2. University of Buenos Aires
- 3. Fundación Ciencias Exactas y Naturales
Description
TDP-43 is a major component of cytoplasmic inclusions observed in neurodegenerative diseases like frontotemporal dementia (FTD) and amyotrophic lateral sclerosis (ALS). To further understand the role of TDP-43 in mRNA/protein metabolism and proteostasis, we used a combined approach with cellular and animal models overexpressing a cytoplasmic form of human TDP-43 (TDP-43-ΔNLS), recapitulating ALS/FTD features. We applied in HEK293 cells a method for labeling de novo translation, surface sensing of translation (SUnSET), based on puromycin (PURO) incorporation. While control cells displayed robust puromycilation, TDP-43-ΔNLS transfected cells exhibited reduced ongoing protein synthesis. Next, by using a transgenic mouse overexpressing cytoplasmic TDP-43 in the forebrain (TDP-43-ΔNLS mice) we assessed whether cytoplasmic TDP-43 regulates global translation in vivo . Polysome profiling of brain cortices from transgenic mice showed a shift toward non-polysomal fractions as compared to wild-type littermates, indicating a decrease in global translation. Lastly, cellular level translational assessment by SUNSET was performed in TDP-43-ΔNLS mice brain slices. Control mice slices incubated with PURO exhibited robust cytoplasmic PURO signal in layer 5 neurons from motor cortex, and normal nuclear TDP-43 staining. Neurons in TDP-43-ΔNLS mice slices incubated with PURO exhibited high cytoplasmic expression of TDP-43 and reduced puromycilation respect to control mice. These in vitro and in vivo results indicate that cytoplasmic TDP-43 decreases global translation and potentially cause functional/cytotoxic effects as observed in ALS/FTD. Our study provide in vivo evidence (by two independent and complementary methods) for a role of mislocalized TDP-43 in the regulation of global mRNA translation, with implications for TDP-43 proteinopathies.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
TDP -43 هو مكون رئيسي من الشوائب السيتوبلازمية التي لوحظت في الأمراض التنكسية العصبية مثل الخرف الجبهي الصدغي (FTD) والتصلب الجانبي الضموري (ALS). لفهم دور TDP -43 في استقلاب الحمض النووي الريبوزي المرسال/البروتين واستتباب البروتين، استخدمنا نهجًا مشتركًا مع النماذج الخلوية والحيوانية التي تعبر بشكل مفرط عن شكل سيتوبلازمي من TDP -43 البشري (TDP -43 - ΔNLS)، مما يلخص ميزات ALS/FTD. طبقنا في خلايا HEK293 طريقة لوضع العلامات على الترجمة الجديدة، واستشعار السطح للترجمة (SUnSET)، بناءً على دمج البوروميسين (PURO). في حين أظهرت خلايا التحكم تقيحًا قويًا، أظهرت خلايا TDP -43 - ΔNLS المصابة انخفاضًا في تخليق البروتين المستمر. بعد ذلك، باستخدام فأر معدل وراثيًا يفرط في التعبير عن TDP -43 السيتوبلازمي في الدماغ الأمامي (فئران TDP -43 - ΔNLS)، قمنا بتقييم ما إذا كان TDP -43 السيتوبلازمي ينظم الترجمة العالمية في الكائن الحي . أظهر التنميط متعدد الأجزاء لقشرة الدماغ من الفئران المحورة وراثيًا تحولًا نحو الكسور غير متعددة الصبغيات مقارنة بنوع الفضلات البرية، مما يشير إلى انخفاض في الترجمة العالمية. أخيرًا، تم إجراء التقييم الانتقالي للمستوى الخلوي حسب غروب الشمس في شرائح دماغ الفئران TDP -43 - ΔNLS. أظهرت شرائح الفئران المتحضنة مع بورو إشارة بورو السيتوبلازمية القوية في الخلايا العصبية من الطبقة 5 من القشرة الحركية، وتلطيخ TDP -43 النووي الطبيعي. أظهرت الخلايا العصبية في شرائح فئران TDP -43 - ΔNLS المحتضنة مع بورو تعبيرًا سيتوبلازميًا عاليًا لـ TDP -43 وانخفاضًا في احترام بيوروميكيل للتحكم في الفئران. تشير هذه النتائج في المختبر وفي الجسم الحي إلى أن TDP -43 السيتوبلازمي يقلل من الترجمة العالمية ويحتمل أن يسبب تأثيرات وظيفية/سامة للخلايا كما لوحظ في ALS/FTD. توفر دراستنا أدلة في الجسم الحي (من خلال طريقتين مستقلتين ومتكاملتين) لدور TDP -43 غير الموضعي في تنظيم ترجمة الحمض النووي الريبوزي المرسال العالمية، مع الآثار المترتبة على اعتلالات البروتين TDP -43.Translated Description (French)
Le TDP-43 est un composant majeur des inclusions cytoplasmiques observées dans les maladies neurodégénératives comme la démence frontotemporale (DFT) et la sclérose latérale amyotrophique (SLA). Pour mieux comprendre le rôle du TDP-43 dans le métabolisme et la protéostase des ARNm/protéines, nous avons utilisé une approche combinée avec des modèles cellulaires et animaux surexprimant une forme cytoplasmique du TDP-43 humain (TDP-43-ΔNLS), récapitulant les caractéristiques de la SLA/FTD. Nous avons appliqué dans les cellules HEK293 une méthode de marquage de novo translation, surface sensing of translation (SUnSET), basée sur l'incorporation de puromycine (PURO). Alors que les cellules témoins présentaient une puromycilation robuste, les cellules transfectées TDP-43-ΔNLS présentaient une synthèse protéique continue réduite. Ensuite, en utilisant une souris transgénique surexprimant le TDP-43 cytoplasmique dans le cerveau antérieur (souris TDP-43-ΔNLS), nous avons évalué si le TDP-43 cytoplasmique régule la traduction globale in vivo . Le profilage polysomique des cortex cérébraux de souris transgéniques a montré un changement vers des fractions non polysomales par rapport aux animaux de type sauvage, indiquant une diminution de la traduction globale. Enfin, une évaluation translationnelle au niveau cellulaire par COUCHER DE SOLEIL a été réalisée sur des tranches de cerveau de souris TDP-43-ΔNLS. Les tranches de souris témoins incubées avec PURO présentaient un signal PURO cytoplasmique robuste dans les neurones de la couche 5 du cortex moteur et une coloration TDP-43 nucléaire normale. Les neurones des tranches de souris TDP-43-ΔNLS incubées avec PURO présentaient une expression cytoplasmique élevée de TDP-43 et un respect réduit de la puromycilation chez les souris témoins. Ces résultats in vitro et in vivo indiquent que le TDP-43 cytoplasmique diminue la traduction globale et provoque potentiellement des effets fonctionnels/cytotoxiques observés dans la SLA/DFT. Notre étude fournit des preuves in vivo (par deux méthodes indépendantes et complémentaires) d'un rôle du TDP-43 mal localisé dans la régulation de la traduction globale de l'ARNm, avec des implications pour les protéinopathies TDP-43.Translated Description (Spanish)
El TDP-43 es un componente importante de las inclusiones citoplasmáticas observadas en enfermedades neurodegenerativas como la demencia frontotemporal (DFT) y la esclerosis lateral amiotrófica (ELA). Para comprender mejor el papel de TDP-43 en el metabolismo y la proteostasis de ARNm/proteínas, utilizamos un enfoque combinado con modelos celulares y animales que sobreexpresan una forma citoplasmática de TDP-43 humano (TDP-43-ΔNLS), recapitulando las características de ALS/FTD. Aplicamos en las células HEK293 un método para etiquetar la traducción de novo, detección superficial de la traducción (SUnSET), basado en la incorporación de puromicina (PURO). Mientras que las células de control mostraron una puromicilación robusta, las células transfectadas con TDP-43-ΔNLS mostraron una síntesis de proteínas en curso reducida. A continuación, mediante el uso de un ratón transgénico que sobreexpresa TDP-43 citoplasmático en el prosencéfalo (ratones TDP-43-ΔNLS), evaluamos si el TDP-43 citoplasmático regula la traducción global in vivo . El perfilado de polisomas de las cortezas cerebrales de ratones transgénicos mostró un cambio hacia fracciones no polisómicas en comparación con los compañeros de camada de tipo salvaje, lo que indica una disminución en la traducción global. Por último, se realizó una evaluación traslacional a nivel celular por PUESTA de sol en cortes de cerebro de ratones TDP-43-ΔNLS. Los cortes de ratones de control incubados con PURO mostraron una fuerte señal citoplasmática de PURO en las neuronas de la capa 5 de la corteza motora y una tinción nuclear normal de TDP-43. Las neuronas en cortes de ratones TDP-43-ΔNLS incubados con PURO mostraron una alta expresión citoplasmática de TDP-43 y una puromicilación reducida con respecto a los ratones de control. Estos resultados in vitro e in vivo indican que el TDP-43 citoplasmático disminuye la traducción global y potencialmente causa efectos funcionales/citotóxicos como se observa en ALS/FTD. Nuestro estudio proporciona evidencia in vivo (por dos métodos independientes y complementarios) de un papel de TDP-43 mal localizado en la regulación de la traducción global del ARNm, con implicaciones para las proteinopatías de TDP-43.Files
pdf.pdf
Files
(2.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:57681d7a67c2e5d9ed0c8d29384438c2
|
2.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التعبير السيتوبلازمي للبروتين المرتبط بـ ALS/FTD TDP -43 يقلل من الترجمة العالمية سواء في المختبر أو في الجسم الحي
- Translated title (French)
- L'expression cytoplasmique de la protéine TDP-43 liée à la SLA/FTD diminue la traduction globale à la fois in vitro et in vivo
- Translated title (Spanish)
- La expresión citoplasmática de la proteína TDP-43 relacionada con ALS/FTD disminuye la traducción global tanto in vitro como in vivo
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3112504408
- DOI
- 10.3389/fncel.2020.594561
References
- https://openalex.org/W1868781086
- https://openalex.org/W1964288811
- https://openalex.org/W1967932847
- https://openalex.org/W1969995127
- https://openalex.org/W1975727865
- https://openalex.org/W2003618511
- https://openalex.org/W2006980279
- https://openalex.org/W2010375635
- https://openalex.org/W2012986282
- https://openalex.org/W2027720028
- https://openalex.org/W2031964319
- https://openalex.org/W2054811674
- https://openalex.org/W2079838847
- https://openalex.org/W2085933321
- https://openalex.org/W2086699218
- https://openalex.org/W2095442991
- https://openalex.org/W2106000656
- https://openalex.org/W2128817844
- https://openalex.org/W2131198526
- https://openalex.org/W2137048103
- https://openalex.org/W2163383667
- https://openalex.org/W2166190363
- https://openalex.org/W2166499468
- https://openalex.org/W2169828513
- https://openalex.org/W2171089964
- https://openalex.org/W2215096491
- https://openalex.org/W2287813183
- https://openalex.org/W2441946812
- https://openalex.org/W2529733312
- https://openalex.org/W2584428552
- https://openalex.org/W2593513897
- https://openalex.org/W2603878176
- https://openalex.org/W2605803966
- https://openalex.org/W2749105458
- https://openalex.org/W2766187665
- https://openalex.org/W2767229911
- https://openalex.org/W2790732335
- https://openalex.org/W2794455996
- https://openalex.org/W2802862797
- https://openalex.org/W2809559846
- https://openalex.org/W2895793011
- https://openalex.org/W2900616357
- https://openalex.org/W2914428966
- https://openalex.org/W2919223160
- https://openalex.org/W2936853956
- https://openalex.org/W2955355658
- https://openalex.org/W2994431804
- https://openalex.org/W3000587124
- https://openalex.org/W4235129795
- https://openalex.org/W949737134