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锌离子调节 TDP-43 及其突变体 TDP-43-A315T 的 C 端片段体外液-液相分离,TDP-43 蛋白与 ALS 和 FTLD-TDP 疾病相关。

Zn modulates in vitro phase separation of TDP-43 and mutant TDP-43-A315T C-terminal fragments of TDP-43 protein implicated in ALS and FTLD-TDP diseases.

机构信息

Department of Biotechnology, Indian Institute of Technology Hyderabad, Kandi, Sangareddy, Telangana 502285, India.

Department of Biotechnology, Indian Institute of Technology Hyderabad, Kandi, Sangareddy, Telangana 502285, India.

出版信息

Int J Biol Macromol. 2021 Apr 15;176:186-200. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2021.02.054. Epub 2021 Feb 9.

Abstract

TDP-43 proteinopathy is implicated in the neurodegenerative diseases, ALS and FTLD-TDP. Metal ion dyshomeostasis is observed in neurodegenerative diseases including ALS. Previously, mice expressing A315T familial ALS TDP-43 mutant showed elevated spinal cord Zn levels. Recently, Zn was observed to modulate the in vitro amyloid-like aggregation of the TDP-43's RRM12 domains. As a systematic knowledge of the TDP-43's interaction with Zn is lacking, we in silico predicted potential Zn binding sites in TDP-43 and estimated their relative solvent accessibilities. Zn binding sites were predicted in the TDP-43's N-terminal domain, in the linker region between RRM1 and RRM2 domain, within RRM2 domain and at the junction of the RRM2 and C-terminal domain (CTD), but none in the 311-360 region of CTD. Furthermore, we found that Zn promotes the in vitro thioflavin-T-positive aggregations of C-terminal fragments (CTFs) termed TDP-43 and TDP-43-A315T that encompass the RRM2 and CTD domains. Also, while the Alexa-fluor fluorescently labelled TDP-43 and TDP-43-A315T proteins manifested liquid-like spherical droplets, Zn caused a solid-like phase separation that was not ameliorated even by carboxymethylation of the free cysteines thereby implicating the other Zn-binding residues. The observed Zn-promoted TDP-43 CTF's solid-like phase separation can be relevant to the Zn dyshomeostasis in ALS and FTLD-TDP.

摘要

TDP-43 蛋白病与神经退行性疾病 ALS 和 FTLD-TDP 有关。神经退行性疾病包括 ALS 中观察到金属离子动态失衡。先前,表达 A315T 家族性 ALS TDP-43 突变的小鼠表现出脊髓 Zn 水平升高。最近,观察到 Zn 可调节 TDP-43 的 RRM12 结构域的体外淀粉样聚集。由于对 TDP-43 与 Zn 的相互作用缺乏系统的了解,我们在计算机上预测了 TDP-43 中潜在的 Zn 结合位点,并估计了它们的相对溶剂可及性。在 TDP-43 的 N 端结构域、RRM1 和 RRM2 结构域之间的连接区、RRM2 结构域和 RRM2 与 C 端结构域 (CTD) 的交界处预测到 Zn 结合位点,但在 CTD 的 311-360 区没有预测到。此外,我们发现 Zn 促进包含 RRM2 和 CTD 结构域的 C 端片段 (CTFs) TDP-43 和 TDP-43-A315T 的体外硫黄素-T 阳性聚集。此外,虽然 Alexa-fluorescent 标记的 TDP-43 和 TDP-43-A315T 蛋白表现出类液态球形液滴,但 Zn 引起固态相分离,即使通过游离半胱氨酸的羧甲基化也不能改善,从而暗示了其他 Zn 结合残基。观察到的 Zn 促进的 TDP-43 CTF 的固态相分离可能与 ALS 和 FTLD-TDP 中的 Zn 动态失衡有关。

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