Analysis of ALS and FTLD-U linked protein TDP-43 in Drosophila melanogaster

Kaur, Kavita; Wagner, Hermann; Schulz, Jörg Bernhard

doi:urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2015-047902

Analysis of ALS and FTLD-U linked protein TDP-43 in Drosophila melanogaster = Analyse von ALS- und FTLD-U-verbundenem Protein TDP-43 in Drosophila melanogaster

Kaur, Kavita

2015

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Kavita Kaur

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2015

Umfang93, [25] Bl. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Schulz, Jörg Bernhard (Thesis advisor) ; Wagner, Hermann (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2015-07-06

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2015-047902
DOI: 10.18154/RWTH-2015-04790
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/483818/files/483818.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Biowissenschaften, Biologie (frei) ; TDP-43 (frei) ; MND (frei) ; ALS (frei) ; FTLD-U (frei) ; neurodegeneration (frei) ; proteinopathy (frei) ; toxicity (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
TAR-DNA binding protein (TDP-43) ist ein multifunktionales Ribonukleoprotein, das an Transkription, Splicing und mRNA Stabilisierung beteiligt ist. TDP-43 ist vorwiegend im Zellkern lokalisiert, pendelt aber zwischen Zellkern und Zytoplasma. Im pathologischen Zustand wird es im Zellkern abgebaut und fehllokalisiert im Zytoplasma, wo es abnormal gespalten, phosphoryliert und ubiquitiniert wird und aggregiert. TDP-43 wird mit einer großen Zahl neurodegenerativer Erkrankungen in Verbindung gebracht wie Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) und Frontotemporallappen Degeneration U (FTLD-U). Es bleibt weiterhin unklar welchen relativen Einfluss die endogene Proteinfunktion, -veränderung oder –mutation auf Pathologie oder Krankheitsverlauf haben. In dieser Studie behandelte ich viele Fragen zur TDP-43 Biologie mit zufälligen und zugleich streng vergleichbaren Expressionslevel. Diese Studie konzentrierte sich auf die Entwicklung und Charakterisierung eines Drosophila Modells der TDP-43 Proteinopathie- Außerdem untersuchte diese Studie die Rolle der mit ALS/FTLD verbundenen Mutationen und Änderungen der neuronalen Integrität mit Hilfe des Modellsystems Drosophila. Eine direkte Rolle von TDP-43 wird unterstrichen durch die Tatsache, dass die neuronale Expression von humanem TDP-43 in Drosophila zu von Alter und Dosis abhängigen Lokomotionsdefiziten und vorzeitiger Sterblichkeit führt. Außerdem resultiert gezielte Expression von humanem TDP-43 im sich entwickelnden Fliegenauge zu einem „Rough Eye“ Phänotyp (REP). Diese Studie zeigte, dass die RNA Bindung unbedingte Voraussetzung für TDP-43 Toxizität ist. Mutationen und Veränderung, die mit ALS/FTLD in Verbindung gebracht werden und andere pathologische Ereignisse wie Falschlokalisation oder Verkürzung waren im Verhältnis weniger toxisch nach Vergleich mit dem TDP-43 Wildtyp. Außerdem führte ich einen großformatigen Screen nach Toxizitätsmodifikatoren durch, in dem der REP als Anzeiger für TDP-43 induzierte Toxizität diente. Ich identifizierte bisher unbekannte Modifikatoren TDP-43 induzierter Toxizität in diesem genetischen Screen. Die herausstechendsten Kandidaten sind DNA/RNA bezogene Gene, Ubiquitin-Proteasomsystem bezogene Gene und Neuron bezogene Gene. Zusätzlich habe ich auf Proteinebene den neuen Interaktor DBNDD2/CK1BP von TDP-43 in einem Yeast-2- Hybrid Screen gefunden. Zuletzt zeige ich ein sehr potentes Modell der TDP-43 Proteinopathie, an dem eine große Bandbreite an neuropathologischen, biochemischen und funktionellen Kennzeichen der humanen TDP-43 Proteinopathie rekapituliert werden können. Außerdem konnte ich durch die Arbeit mit diesem Modell viele endogene Funktionen sowie Toxizitätsmodifikatoren der TDP-43 induzierten Toxizität aufdecken. Diese Studie verbessert unser Wissen zur TDP-43 Biologie und ist potenziell dazu in der Lage zukünftige Forschungsstrategien zu erweitern.

TAR-DNA binding protein (TDP-43) is a multifunctional ribonucleoprotein, which is involved in transcription, splicing and mRNA stablilisation. TDP-43 is predominantly localised in the nucleus but shuttles between nucleus and the cytoplasm. In a pathological situation it is depleted from the nucleus and found mislocalised in the cytoplasm where it is abnormally cleaved, phosphorylated, ubiquitinated and aggregated. TDP-43 has been implicated in wide range of neurodegenerative diseases including amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal lobar degeneration-U (FTLD-U). The relative impact of the endogenous protein function, alteration and mutations on disease progression or pathology remains unclear. In this study I addressed many questions pertaining to TDP-43 biology with both random and strict comparable expression levels. This study focused on developing and characterising Drosophila models of TDP-43 proteinopathy. In addition, this study investigated the role of ALS/FTLD linked mutations and alterations on neural integrity utilising Drosophila as model system. A direct role of TDP-43 in neurodegeneration is highlighted by the fact that neuronal expression of human TDP-43 in Drosophila causes age- and dose-dependent locomotion deficits and early lethality. Further, targeted expression of TDP-43 to the developing fly eye results in a rough eye phenotype (REP). In this study TDP-43 RNA-binding was found to be absolutely required for toxicity. ALS/FTLD linked mutations and other reported pathological events like mislocalisation or truncation were relatively less toxic when compared to TDP-43 wild-type. Further I performed a large-scale toxicity modifier screen for TDP-43 induced toxicity using REP as readout. I identified novel modifiers of TDP-43-induced toxicity in this genetic screen. The most prominent candidates were RNA/DNA related genes, ubiquitin proteasome pathway related genes and neuron related genes. In addition, I found a novel protein interactor DBNDD2/CK1BP of TDP-43 in a yeast-2- hybrid screen. In the end, I present a very potent model of TDP-43 proteinopathy, which recapitulates a wide range of neuropathological, biochemical and functional features of human TDP-43 proteinopathy. Further working with this model I could uncover many endogenous functions and toxicity modifiers of TDP-43 induced toxicity. This study enhances our knowledge on TDP-43 biology and potentially widens future research strategies.

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