撰文 | 格格

TDP-43 蛋白病（包括 ALS 、 FTD 、 LATE 、 AD 及 CTE 等）目前缺乏有效治療手段。這些疾病的共同病理特征是 TDP-43 蛋白從細胞核異常定位至細胞質并發生聚集【1】。 TDP-43 包含兩個 RNA 識別基序（ RRMs ）和一個具有類 朊 病毒結構域（ PrLD ）的固有 無序區【2】，其中 PrLD 內的一個保守區域（ CR ）在 TDP-43 的相變和聚集過程中起關鍵作用【3】。雖然短 RNA 分子（如源自 TARDBP mRNA 3'UTR 的 Clip34 ）在體外能夠溶解釋放 TDP-43 并逆轉其相分離【4】，但作為潛在治療策略仍面臨多個關鍵障礙：短RNA如何通過調控TDP-43結構來防止其異常聚集，以及是否存在比現有分子更高效、適用范圍更廣的短RNA？這些優化的短RNA能否在ALS患者來源的運動神經元及動物模型中有效緩解TDP-43病理表型？

近日 ， 來自 美國 賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院 的James Shorter研究團隊 在Science雜志發表題為Short RNA chaperonespromote aggregation-resistantTDP-43 conformers tomitigate neurodegeneration的研究論文 ， 該研究旨在揭示短RNA分子作為分子伴侶，通過特異性結合TDP-43的RNA識別基序，變構破壞其朊病毒樣結構域中保守螺旋區的穩定性，從而促進抗聚集的TDP-43構象形成的分子機制。

首先，研究人員明確了短 RNA 分子 Clip34 通過變構機制拮抗 TDP-43 聚集。通過構建 TDP-43 的不同結構域缺失突變體，發現 Clip34 必須結合 TDP-43 的 RNA 識別基序（ RRMs ）而非朊病毒樣結構域 （ PrLD ） 來發揮分子伴侶活性。進一步利用氫氘交換質譜 （ HXMS ） 和分子動力學模擬，研究者揭示 Clip34 結合后能夠穩定 RRM1 和 RRM2 的結構，同時變構破壞 PrLD 中保守螺旋區 （ CR ） 的 α 螺旋穩定性，從而促使 TDP-43 轉變為抗聚集的構象。此外， TDP-43 結合 Clip34 后還能解開其莖環結構，這種構象重塑能力受 PrLD 負向調控。

其次，研究人員評估了 Clip34 對多種疾病相關 TDP-43 變體的廣譜活性，并篩選獲得了活性更強的短 RNA 分子。 Clip34 能夠有效抑制包括錯義突變體（如 P112H 、 K181E 、 G295R 、 Q331K 等）和病理翻譯后修飾模擬體（如磷酸化 S409/410E 、乙酰化 K145/192Q 等）在內的多種 TDP-43 變體的聚集。針對 Clip34 對乙酰化模擬體 K145/192Q 效果相對較弱的問題，研究者通過序列優化設計了 Clip34_UG6 ，顯著增強了對該變體的抑制效果。進一步從天然 TDP-43 結合序列中挖掘出 Malat1_start 等高效分子，其中 Malat1_start 對野生型和多種疾病相關變體均表現出一致的強效抑制作用，且能逆轉已形成的 TDP-43 凝聚體和聚集體。

進一步 ，研究人員在細胞和患者來源的運動神經元模型中驗證了短 RNA 的治療潛力。在人源 HEK293 細胞的光遺傳 TDP-43 蛋白病模型中， Malat1_start 和 (UG)17 能顯著減少藍光誘導的胞質 TDP-43 聚集灶。在 C9orf72 ALS 患者來源的 iPSC 運動神經元中， Clip34 和 Malat1_start 處理可恢復 TDP-43 降低的核 / 質比例，使其達到健康對照水平。在亞砷酸鹽誘導的應激條件下， Malat1_start 還能糾正 TDP-43 功能喪失導致的 STMN2 和 KCNQ2 基因的異常隱式剪接，并且不影響生理性的神經突 RNA 顆粒中 TDP-43 和 STAU1 的正常定位。

最后，研究人員在 TDP-43 蛋白病小鼠模型中驗證了 Malat1_start 的體內療效。在脊髓注射表達胞質 TDP-43ΔNLS 的 AAV9 小鼠模型中，單次給予 Malat1_start 能夠有效阻止膽堿能運動神經元的進行性丟失，保留 NeuN 陽性神經元數量。三維影像分析顯示， Malat1_start 處理可減小已有 TDP-43 聚集灶的平均尺寸并減少其數量，表明其能在體內逆轉已有的聚集。此外， Malat1_start 處理還能部分糾正 Sort1 基因外顯子 17b 的異常剪接，恢復了 TDP-43 的體內正常功能。

圖一 短 RNA 伴侶重塑 TDP-43 構象對抗神經退行性病變

總之，該研究揭示了短RNA分子作為變構伴侶，通過穩定TDP-43的RNA識別基序并破壞其朊病毒樣結構域中保守螺旋區的穩定性來拮抗異常聚集，并篩選出高效短RNA Malat1_start，在ALS患者運動神經元及小鼠模型中證實了其逆轉病理聚集、恢復蛋白功能和神經保護的治療潛力，為TDP-43蛋白病提供了基于RNA機制的治療新策略。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv3301

制版人： 十一

參考文獻

1. A. F. Harrison, J. Shorter, RNA-binding proteins with prion-like domains in health and disease.Biochem. J.474, 1417 – 1438 (2017).

2. B. Portz, B. L. Lee, J. Shorter, FUS and TDP-43 Phases in Health and Disease.TrendsBiochem. Sci.46, 550 – 563 (2021).

3. D. Arseni et al., TDP-43 forms amyloid filaments with a distinct fold in type A FTLD-TDP.Nature620, 898 – 903 (2023).

4. L. Guo et al., Defining RNA oligonucleotides that reverse deleterious phase transitions of RNA- binding proteins with prion-like domains.Mol. Cell86, 114 – 134.e10 (2026) .

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