Agregati RNP pri nevrodegenerativnih boleznih

Uvod

Fazna separacija tekoče-tekoče (LLPS) je reverzibilen in dinamičen biološko pomemben fizikalni pojav nastajanja koloidov iz homogenih raztopin. S pomočjo nje se tvori večina brezmembranskih celičnih organelov, oz. tako imenovanih biomolekularnih kondenzatov, kot so na primer jedrce, Cajalova telesca, ali stresne granule.

Pri LLPS pride do ločitve začetne raztopine v razredčeno in gosto fazo, pri čemer je gosta faza lahko več desetkrat bolj koncentrirana in tvori emulzijske kapljice. Meni se, da lahko vsi biopolimeri tvorijo takšne faze, vendar so pogoji, pod katerimi pride do LLPS, značilno različni za vsak sistem. Najbolj pomembna lastnost proteinov, ki se fazno ločujejo tudi pri majhnih koncentracijah, je večvalenca. Večvalenca je predvsem značilnost fleksibilnih neurejenih regij proteina, na katere se lahko veže več kopij istega ali različnega proteina oz. nukleinske kisline, zaradi česar lažje pride do fazne separacije in posledično agregacije.

Vendar je LLPS zelo pomembna za normalne metabolične funkcije, pogosto je tudi vzrok nastanka proteinopatov. Zaradi zunanjega stresa ali mutacijskih sprememb, gosta faza nastala pri LLPS lahko “stari”, kar pomeni, da ji se spremeni dinamika v bolj togo stanje, kot je gel ali amiloidni fibril. V zadnjih letih so ključne raziskave povezale ta proces agregacije s številnimi nevrodegenerativnimi bolezni, kot so amiotrofična lateralna skleroza (ALS) in frontotemporalna demenca (FTD).

Ključni RNA-vezavni proteini, ki so povezani z razvojem teh bolezni, vključujejo FUS in TDP-43.

FUS

Vloga v celici

Fused in sarcoma (FUS), včasih Translocated in sarcoma (TLS), je heterogeni jedrski ribonukleoprotein (hnRNP). Nahaja se predvsem v jedru, kjer ima pomembno vlogo pri transkripciji, translaciji, transportu in procesiranju RNA ter popravku napak na DNA. FUS, za razliko od večine drugih podobnih proteinov, pod določenimi pogoji lahko translocira iz jedra v citoplazmo in se kopiči v fibrilarne agregate.

Zgradba

FUS ima 526 aminokislinskih ostankov, razporejenih v tri glavne domene. Vsebuje dve urejeni regiji za vezavo nukleinskih kislin, RNA prepoznavni motiv (RRM) in cinkov prst (ZnF). Več kot 70 odstotkov FUS pa sestavljajo neurejene regije (IDR). Zanje je značilna odsotnost velikih hidrofobnih ostankov, zaradi česar niso del sekundarnih struktur, temveč so precej fleksibilni. V N-terminalni domeni (NTD) se nahaja prionu podobna regija (PrLD), ki je bogata z glutaminom, glicinom, serinom in treoninom. Protein vsebuje pa tudi 3 RG/RGG-bogate neurejene regije.

TDP-43

TAR-DNA-binding protein 43 spada v skupino heterogenih jedrnih ribonukleoproteinov (hnRNP). Prvič je bil identificiran kot protein, ki veže TAR DNA pri virusu HIV in zavira prepis DNA. Ta protein se pretežno nahaja v jedrih živčnih celic, a je zmožen preiti tudi v citoplazmo. V jedru je običajno vezan na RNA ali DNA, pri čemer ima večjo afiniteto do RNA.