Science：一类短RNA分子，可能对抗肌萎缩侧索硬化症的神经退行性变

RNA结合蛋白TDP-43的异常聚集是多种神经退行性疾病的病理特征，包括肌萎缩侧索硬化症（ALS）、额颞叶痴呆（FTD）和阿尔茨海默病（AD）等。



TDP-43从细胞核错误定位至细胞质，随后发生聚集，并导致神经元的功能障碍和死亡



，这种病理变化难以被逆转。

从结构上来说，



TDP-43含有两个RNA识别基序，还有一个朊病毒样结构域，其中存在一个短的保守区域，在TDP-43的异常定位和聚集中发挥关键作用。



体外研究显示，一个名为



Clip34的短RNA能够阻止并逆转野生型TDP-43的异常定位和聚集。



鉴于短寡核苷酸在神经退行性疾病治疗中的成功，类似的短RNA伴侣或许是TDP-43蛋白病的潜在治疗分子。

在最近的

《科学》

杂志上，美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究团队发表了最新的研究成果[1]，他们阐明了




短且特异性的RNA如何溶解TDP-43。这些短RNA与TDP-43的RNA识别基序结合并稳定其结构，从而通过

变构作用

削弱朊病毒样结构域中的保守α螺旋区域，促进形成抗聚集构象。

通过序列空间挖掘，研究人员鉴定出具有增强活性的短RNA伴侣，不仅能作用于野生型TDP-43，还能作用于疾病相关的变异。增强型短RNA伴侣在体外培养的人类来源运动神经元中缓解了异常的TDP-43表型，而在存在细胞质TDP-43聚集和运动神经元丧失的小鼠中，增强型短RNA伴侣减少了TDP-43的病理性聚集，并恢复其功能，提供了神经保护作用。

研究人员用不同结构域缺失的TDP-43构建体，测试Clip34对聚集的抑制作用。他们发现，Clip34在低于化学计量比的条件下即可有效阻止TDP-43聚集，它



必须通过结合RNA识别基序（RRM）来发挥作用



，而不是直接作用于朊病毒样结构域（PrLD）。

在Clip34和TDP-43结合时，Clip34与RRM结合具有协同效应，PrLD的保守α螺旋区域会负向调控RNA结合，削弱RRM亲和力，删除PrLD或破坏螺旋结构会增强Clip34结合。

Clip34的结构呈茎环状，与TDP-43结合后会展开，同样的，这个过程也依赖于RRM，PrLD则会抑制这一过程。

通常情况下，野生型TDP-43会在疾病中发生聚集，但部分疾病与TDP-43的错义突变相关，这些突变常见于PrLD。在疾病中，TDP-43还会出现异常的翻译后修饰，包括高磷酸化和赖氨酸乙酰化。研究人员发现，



Clip34对大多数ALS/FTD相关突变体和磷酸化修饰都有效，不过乙酰化（K145/K192Q）效果较差，因为该修饰使得TDP-43和Clip34的结合能力下降。

为了扩充可用的短RNA伴侣库，研究人员鉴定了更多能够阻止疾病相关TDP-43变异聚集的RNA。他们发现，一些天然来源的RNA均能有效抑制聚集，其中



Malat1_start最为强效，也更能克服乙酰化带来的功能障碍，并且，Clip34和Malat1_start均不会引起TDP-43功能丧失，具有高安全性。

实验显示，



Malat1_start能快速溶解预制的TDP-43聚集物，将它们部分恢复成可溶形式



，从结构上来看，是



将大的聚集物重塑为更小、更稀疏的结构。

在永生化的人胚胎肾细胞（HEK293）中，Malat1_start显著



减少了细胞质TDP-43包涵体面积



，而在ALS患者来源的诱导多能干细胞（iPSC）分化出的运动神经元中，Clip34和Malat1_start都使得



TDP-43重新定位至细胞核中，恢复了其正常分布。

此外，研究人员还通过亚砷酸钠诱导了人

iPSC

衍生运动神经元的TDP-43核内耗竭和功能丧失，这种处理会触发STMN2和KCNQ2的隐匿性剪接，破坏它们正常的、依赖TDP-43的剪接过程，这一过程对轴突再生和神经元兴奋性至关重要。



Malat1_start治疗成功减少了隐匿性剪接。

最后，在



小鼠脊髓TDP-43蛋白病模型



中，使用



Malat1_start治疗时，运动神经元得以保留，TDP-43聚集体缩小，数量也减少，还恢复了TDP-43对下游靶点Sort1的正常剪接。

综上所述，这项研究确立了增强型短RNA伴侣作为TDP-43蛋白病治疗候选分子的潜力，为针对TDP-43的RNA类治疗策略提供了理论基础。