TDP-43 oligomerization in ALS

Achtergrond:
ALS is een progressieve ziekte waarbij steeds meer zenuwcellen die spieren aansturen, verloren gaan. Bij 97% van de ALS patiënten is een eiwit genaamd TDP-43 de boosdoener. Klonten van dit eiwit beschadigen de zenuwcellen. Voor deze grote groep ALS patiënten zijn nauwelijks behandelopties. De ziekte is momenteel ongeneeslijk. Er is grote behoefte aan medicijnen die het ziekteproces bij patiënten vertragen, stoppen of zelfs omkeren.

Om een behandeling te ontwikkelen, is het noodzakelijk om te begrijpen waarom TDP-43 schadelijke eiwitklonten vormt in zenuwcellen van ALS patiënten. Deze kennis is nodig om medicijnen te ontwerpen die klontering tegengaan. Recent is er mogelijk een aanknopingspunt gevonden voor zulke medicijnen. Dit aanknopingspunt heeft te maken met de manier waarop TDP-43 eiwitten aan elkaar plakken. Het doel van dit project is om vast te stellen of hierop ingrijpen schadelijke TDP-43 klontering tegengaat.

TDP-43 is een ‘plakkerig’ eiwit. Als de achterkanten (‘staarten’) van meerdere TDP-43 eiwitten aan elkaar kleven (Figuur 1), dan leidt dit tot de vorming van de schadelijk eiwitklonten die worden gezien in de zenuwcellen van ALS weefseldonoren, van wie na overlijden de hersenen en het ruggenmerg worden bestuderen. TDP-43 klontering via de ‘staarten’ is dus een slechte zaak. Recent onderzoek toonde aan dat TDP-43 eiwitten ook via de voorkanten (‘koppen’) van het eiwit aan elkaar plakken (Figuur 1). In tegenstelling tot de ‘staart’-klontering, is het plakken van TDP-43 via de ‘koppen’ niet schadelijk. Integendeel, onderzoek liet zien dat alleen wanneer TDP-43 aaneenplakt via de ‘koppen’, het eiwit op de goede plaats in de cel blijft en zijn eiwit-taken correct uitvoert. Daarnaast voorkomt het plakken van de TDP-43 ‘koppen’ dat de ‘staarten’ met elkaar in aanraking komen. Dit beschermt dus tegen gevaarlijke ‘staart’-klontering (Figuur 1).

In zenuwcellen van ALS weefseldonoren vonden de onderzoekers aanwijzingen voor een verminderd plakken van de ‘koppen’ van TDP-43 eiwitten. Deze afname van ‘kop’-plakken lijkt een vroege stap in het ALS ziekteproces te zijn en kan schadelijke TDP-43 eiwitklontering veroorzaken. Onderzoek wijst erop dat het stimuleren van het plakken van TDP-43 via de ‘koppen’ een aanknopingspunt kan zijn voor medicijnen om schadelijk TDP-43 klontering via de ‘staarten’ tegen te gaan.

Doel:

Het doel van dit onderzoek is om bovenstaande veronderstelling te testen. Dit wordt getest door te bepalen:

1. hoe het plakken van de ‘koppen’ van TDP-43 eiwitten in cellen gereguleerd wordt;
2. waarom dit misloopt in de zenuwcellen van ALS-patiënten;
3. of het stimuleren van het aaneenplakken van de TDP-43 ‘koppen’ een behandelstrategie is om schadelijke eiwitklontering tegen te gaan.

Voor dit onderzoek wordt gebruik gemaakt van de meest moderne biomedische technieken in gekweekte (zenuw)cellen en zenuwweefsel van ALS-donoren.

1. De CRISPR technologie zal ingezet worden om vast te stellen welke eiwitten het plakken van de ‘koppen’ van TDP-43 in cellen bijsturen.
2. Het ‘kop’-plakken van TDP-43 en de eiwitten die dit proces reguleren worden nauwkeuring in kaart gebracht in gedoneerd zenuwweefsel van ALS patiënten en controle weefsel. Dit wordt gedaan met een nieuwe methode die recent is ontwikkeld om het plakken van TDP-43 met ongekende resolutie zichtbaar te maken onder de microscoop.
3. Innovatieve ALS ziektemodellen, namelijk gekweekte menselijke zenuwcellen met TDP-43 eiwitklonten, worden ingezet om vast te stellen of het stimuleren van het aaneenplakken van de ‘koppen’ heilzaam is.

Dit fundamentele onderzoek is een belangrijke stap in de speurtocht naar een effectief medicijn voor de grote groep ALS-patiënten met TDP-43 eiwitklontering.

Aanvrager project: Amsterdam University Medical Center