Nat Neurosci：肌萎缩侧索硬化的NCT通路最新机制
NCT是指大分子通过嵌入核膜内的核孔复合物(NPC)的主动转移。NCT会随着衰老而受损，尤其是在有丝分裂后的细胞（如神经元）中。
在分裂细胞中，核膜和NPC在有丝分裂过程中分解，这使得孔隙成分能够在孔隙重新组装之前根据需要进行更新和补充。相反，在终末分化的细胞中，Nup代表一些寿命最长的蛋白质，因此容易受到年龄和压力诱导的损伤。NCT通路也与年龄依赖性神经退行性疾病有关。
值得注意的是，NCT通路最近成为肌萎缩侧索硬化(ALS)和额颞叶痴呆(FTD)这两种相关且无法治愈的疾病的治疗靶点。
在C9orf72重复扩增引起的ALS和FTD的背景下，一系列遗传筛选将NCT途径的成分鉴定为C9orf72诱导的毒性的修饰。尽管NCT在神经退行性疾病发病机制中发挥着新的作用，但在这些疾病中出现NCT相关缺陷的机制仍不清楚。
2021年5月31日，马萨诸塞大学医学院Daryl A.Bosco团队在Nature Neuroscience上发表标题为Interactions between ALS-linked FUS and nucleoporins are associated with defects in the nucleocytoplasmic transport pathway的文章。
该文章研究了融合肉瘤（ALS-FUS）的肌萎缩侧索硬化模型中的NCT通路，发现FUS和Nups独立于细胞中的RNA相互作用，ALS相关突变对FUS细胞质错误定位的影响不是对蛋白质本身的理化特性的影响，而是以NCT缺陷为基础。
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首先作者通过将携带常染色体显性ALS-FUS突变M511Nfs或R521G的人类iPSC分化为运动神经元分化，对其核孔密度进行检查，研究发现与对照组相比，在FUS M511NfS中POM121和NuP62表达显著增加，同时观察到其细胞核膜上有更多的间隙，统计学显示有显著差异。该结果表明NCT在ALS-FUS中受损。
为了深入了解突变FUS如何破坏NCT，作者探索了FUS直接与核孔蛋白相互作用的可能性。通过对FUS沉淀进行co-IP及质谱检测，作者发现与其相互作用的大多数都是其他RNA结合蛋白，只检测到少量低丰度的核孔相关蛋白。因此，作者还考虑了一种蛋白质是否会影响另一种蛋白质的相分离特性而发挥作用。
作者通过比较MBP-FUS/MBP-NUP62和MBP-FUS+MBP-NUP62发现，MBP-FUS和MBP-NuP62在液滴形成或者液滴形态上没有显著差异，而当把两者混合时，形成了不规则形状或无定形的组件，代替了球形液滴。这些证据表明FUS和NUP62改变了彼此的相分离特性。
虽然co-IP研究和液滴测定没有证明NUP62和突变体与WT FUS之间的差异相互作用，但FUS-Nup相互作用的性质可能取决于它们在细胞内的定位。因此，作者通过免疫荧光原位研究了FUS-Nup相互作用。
使用相同的抗FUS和mAb414抗体采用邻近连接测定(PLA)。对照和突变神经元的FUS和F/G Nup蛋白之间检测到PLA信号。作者预期在核孔信号减弱的核膜处有PLA信号。然而，PLA信号并未定位到膜上，并且在基因型之间存在显着差异。
对于对照神经元，在细胞核内检测到显着的FUS/mAb414 PLA信号，而PLA信号分布在突变神经元的细胞核和细胞质之间。这些数据表明ALS-FUS神经元细胞质内增强的FUS-Nup相互作用主要是由于信号从细胞核转移到细胞质。
以上的数据表明，与ALS相关的FUS变体和Nups之间的相互作用可能成为病理性的，并在神经元内与疾病相关的表型中表现出来。因此，作者研究了降低Nup水平是否也可以挽救与ALS相关的细胞类型中FUS诱导的缺陷。
FUS WT主要分布在细胞核内的点状结构中，相比之下，FUS P525L表现出分布在细胞核和细胞质之间的颗粒表达模式。用Lamin C染色以评估核形态，结果表明与FUS WT相比，具有核内陷的表达FUS-P525L的神经元明显更多。因此证明，Nup62敲低显着改善了由FUS P525L表达引起的核形态缺陷。
同时，作者以同样的方法进行了体内实验。结果表明，与FUS WT动物相比，表达ALS相关FUS变体的动物表现出缩短的存活曲线，特别是在FUS R521C突变动物的情况下，Nup62 RNAi显着提高了所有果蝇系的存活率。
此外，突变的FUS动物表现出皱缩的翅膀形态，这可能反映了羽化过程中的运动功能障碍。Nup62 RNAi也改善了这种表型。总的来说，数据证明了体内突变FUS和Nup62之间的协同毒性相互作用。
综上所述，作者通过探究NCT与ALS-FUS突变的关系发现，突变的FUS并不能直接阻碍NCT，突变FUS错误定位到RNA水平相对较低的细胞质中，而不是突变蛋白本身的理化特性，解释了突变FUS和Nups与FUS WT相比的不同相互作用。
在所有实验中，Nups的敲低减弱了体内FUS介导的毒性表型。作者推测FUS-Nup相互作用在急性毒性模型中可能在体内变得有毒，因为内源性水平的RNA不能减轻异常的FUS-Nup相变。因此，敲除有毒相互作用蛋白之一（如Nups）会减少FUS-Nup复合物形成的机会，从而减弱动物中FUS介导的有毒表型。
参考文献
Lin, YC., Kumar, M.S., Ramesh, N. et al. Interactions between ALS-linked FUS and nucleoporins are associated with defects in the nucleocytoplasmic transport pathway. Nat Neurosci (2021).
https://doi.org/10.1038/s41593-021-00859-9
编译作者：随艺（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）