Heat Shock-induced Phosphorylation of TAR DNA-binding Protein 43 (TDP-43) by MAPK/ERK Kinase Regulates TDP-43 Function

doi:10.1074/jbc.M116.753913

.2017年3月24日；292(12):5089-5100.

doi:10.1074/jbc。M116.753913。 Epub 2017年2月6日。

热休克诱导MAPK/ERK激酶磷酸化TAR DNA结合蛋白43（TDP-43）调节TDP-43功能

文丽（Wen Li）¹, 阿什利·N·里布¹, 林斌彦（Binyan Lin）¹, Praveen Subramanian公司¹, 艾琳·E·菲¹, 凯瑟琳·克诺维雷克¹, 雷切尔·L·弗伦奇¹, 艾琳·H·比吉奥², 尤纳·M·阿亚拉^三

附属公司

¹来自密苏里州圣路易斯市圣路易斯大学医学院爱德华·多西生物化学和分子生物学系，邮编：63104。
²伊利诺伊州芝加哥市西北大学范伯格医学院病理学系，邮编：60611。
^三来自密苏里州圣路易斯市圣路易斯大学医学院爱德华·多西生物化学和分子生物学系，邮编：63104yayala@slu.edu。

PMID： 28167528
预防性维修识别码： PMC5377819
内政部： 10.1074/jbc。116.753913南非兰特

MAPK/ERK激酶热休克诱导TAR DNA-结合蛋白43（TDP-43）磷酸化调节TDP-43功能

文丽（Wen Li）等。生物化学杂志. 2017.

.2017年3月24日；292(12):5089-5100.

doi:10.1074/jbc。M116.753913。 Epub 2017年2月6日。

作者

文丽（Wen Li）¹, 阿什利·N·里布¹, 林斌彦（Binyan Lin）¹, Praveen Subramanian公司¹, 艾琳·E·菲¹, 凯瑟琳·克诺维雷克¹, Rachel L法语¹, 艾琳·H·比吉奥², 尤纳·M·阿亚拉^三

附属公司

¹来自密苏里州圣路易斯市圣路易斯大学医学院爱德华·多西生物化学和分子生物学系，邮编：63104。
²伊利诺伊州芝加哥市西北大学范伯格医学院病理学系，邮编：60611。
^三来自密苏里州圣路易斯市圣路易斯大学医学院Edward Doisy生物化学和分子生物学系63104和yayala@slu.edu。

PMID： 28167528
预防性维修识别码： PMC5377819
内政部： 10.1074/jbc。M116.753913

摘要

TAR DNA-binding protein（TDP-43）是一种高度保守的重要DNA和RNA-bindings protein，通过RNA加工，特别是剪接调控来控制基因表达。TDP-43的细胞内聚集是肌萎缩侧索硬化和泛蛋白阳性额颞叶变性的标志。这种TDP-43病理学也存在于包括阿尔茨海默病在内的其他类型的神经退行性变中。我们在此报告TDP-43是MEK的底物，MEK是MAPK/ERK信号通路中的一种中央激酶。人类细胞中的热休克反应（HSR）显著增加了MEK在苏氨酸153和酪氨酸155（p-T153/Y155）处的TDP-43双重磷酸化。HSR通过维持蛋白质体内平衡和防止蛋白质错误折叠来促进蛋白质中毒条件下的细胞存活。MEK被HSR激活，有助于调节蛋白质组稳定性。磷酸化的TDP-43与TDP-43聚集无关，在促进蛋白质错误折叠的条件下，p-T153/Y155仍然可溶。我们发现，活性MEK显著改变TDP-43调节的剪接，并且这两个残基上的拟磷酸取代减少了与富含GU的RNA的结合。使用磷酸特异性p-T153/Y155抗体的细胞成像显示，磷酸化的TDP-43被特异性募集到核仁中，这表明p-T153/Y155在核相关RNA的加工过程中调节了TDP-43以前未被认可的功能。这些发现强调了一种通过磷酸化调节TDP-43功能和体内平衡的新机制，因此，可能有助于制定预防TDP-43聚集的策略，并揭示TDP-43在细胞代谢中以前未被探索的作用。

关键词：MEK激酶；RNA结合蛋白；RNA-蛋白相互作用；TAR DNA-结合蛋白43（TDP-43）（TARDBP）；肌萎缩侧索硬化症（ALS）；热冲击响应；神经变性；蛋白质聚集。

PubMed免责声明

利益冲突声明

作者声明，他们与本文的内容没有利益冲突

数字

**图1。**
**热休克诱导Thr-153和Tyr-155的TDP-43磷酸化。** *A、，*突出与蛋白质活性和结构相关的TDP-43结构域的示意图：核定位序列(*荷兰统计局*)在N端，RRM 1和2，以及在C端的低复杂度序列。苏氨酸153和酪氨酸155(红色)在RRM1中突出显示*插入。B、，*与UG-rich RNA分子结合的TDP-43 RRM1-2片段（氨基酸102–269）的带状和表面表征(灰色)基于络合物（36）的核磁共振结构。Thr-153和Tyr-155突出显示在*红色.C，*43℃热休克30min后SH-SY5Y细胞的免疫印迹；用亚砷酸钠处理，0.5 m米持续1小时（NaAsn）；H（H）₂O（运行）₂, 100 μ米持续5小时；羟基脲，4米米持续4小时(*匈牙利*); 和放线菌素D，5μg/ml，持续3小时(*行动D*).D、，来自对照和热休克处理的SH-SY5Y细胞的增加细胞裂解物的免疫印迹。一种识别总的磷酸依赖性TDP-43的抗体被用作对照。采用Tubulin和GAPDH作为负荷控制。

**图2。**
**抗体p-T153/Y155-TDP-43特异性检测热休克介导的TDP-43磷酸化。** *A、，*用TDP-43特异性和对照siRNA处理HeLa细胞的免疫印迹，以比较热休克应激后p-T153/Y155-TDP-43的水平。*误差线*、S.D。n个= 4.B、，使用p-T153/Y155-TDP-43抗体检测SH-SY5Y细胞裂解液中的热休克相关信号，该抗体被对应于Thr-153/Tyr-155区域（氨基酸148-161）的TDP-43肽阻断，该区域在Thr-153和Tyr-153（T153）磷酸化^P（P）/155日元^P（P）)或以相应的非磷酸化肽作为对照。低浓度使用了两种肽(*L（左）*)和高(*H（H）*)，见“实验程序”*C中，*p-T153/Y155-TDP-43检测来自对照和热休克处理SH-SY5Y细胞的对照和λ-磷酸酶处理的裂解物。

**图3。**
**p-T153/Y155-TDP-43检测致密线圈状结构中TDP-43的核仁定位。** *A、，*未处理HeLa细胞的荧光成像显示总TDP-43和p-T153/Y155-TDP-43定位。*B、，*共焦显微镜观察到HeLa和SH-SY5Y细胞中p-T153/Y155与核仁标记物纤维蛋白共定位。*C中，*与对照处理细胞相比，热休克后HeLa细胞中p-T153/Y155的检测。酒吧，10微米。

**图4。**
**p-T153/Y155与聚集、应激颗粒募集或TDP-43清除无关。** *A、，*对SH-SY5Y细胞进行分馏，使用对照细胞、热休克处理细胞（43°C，30分钟），并允许细胞在37°C下恢复1或2小时(*1小时R*,*2小时R*)热冲击后。总裂解物的免疫印迹(氯)，里帕(*R（右）*)和尿素(单位)检测p-T153/Y155和总TDP-43的可溶性部分。相同体积的总裂解物和RIPA可溶部分被装载，而尿素部分的浓缩程度是前者的5倍。*B、，*UPS抑制剂MG132（20μ米持续5小时）、热休克（HS:43°C持续30分钟）、海藻糖（100米米24小时），thapsigargin（THP:1μ米和血清饥饿（24小时）。*C中，*对照和热休克处理HeLa细胞的荧光显微镜检测p-T153/Y155和应激颗粒标记物TIAR。箭头表示TIAR正应力颗粒。*D、，*对照和MG132处理的HeLa细胞（20μ米，5小时）。箭头表明用磷酸依赖性抗体检测到TDP-43细胞质聚集物。酒吧，10微米。*E中，*对照和海藻糖（100米米，24 h）处理的HeLa细胞。自噬小泡的形成(箭头,*下部面板*)GFP融合微管相关蛋白1A/1B-轻链3转染后可见(*生命周期3*).酒吧，25微米。

**图5。**
**TDP-43在Thr-153/Tyr-155被MEK特异性磷酸化。** *A、，*围绕Thr-153和Tyr-155的人类TDP-43氨基酸序列(*下划线的*)与人ERK1激活环序列一致，其中MEK在Thr-202和Tyr-204磷酸化(*下划线的*).B、，热休克和对照处理的HEK-293和SH-SY5Y细胞的免疫印迹。显示了磷酸依赖性蛋白的水平，并使用微管蛋白作为负荷控制。*C中，*用特定MEK抑制剂PD184352（10μ米)和PD98059（50μ米)和下游激酶ERK FR180204的特异性抑制剂（30μ米). 在抑制剂处理1小时后，细胞受到热休克。*D、，*蛋白磷酸酶PP1/2A抑制剂冈田酸（0.5μ米)在热休克前与甲乙酮抑制剂PD184352合用1小时。*E中，*在没有热休克的情况下，根据SH-SY5Y细胞中组成活性GFP-MEK_DD突变体和GFP对照结构的表达分析p-T153/Y155水平。

**图6。**
**Thr-153/Tyr-155上的拟磷取代调节TDP-43的活性。** *A、，*TDP-43活性CFTR第9外显子微基因细胞报告子的示意图。外显子和内含子区域表示为盒和线分别是。TDP-43绑定到UG重复序列（UG₁₃)靠近3′剪接位点抑制外显子9的内含子。拼接的两个主要产品如下所示*对。B、，*抗RNAi（siRes）TDP-43突变体在siRNA-处理的HeLa细胞中表达。比较野生型siRes计算相对TDP-43活性。以RNA结合缺陷突变体F147L/F149L的作用作为对照。*误差线*、S.D.、。，n个> 5.C中，组成活性MEK_DD或对照GFP载体，在siRNA或对照处理细胞中表达。报告者活动与siRes野生型（WT）相关^siR公司). 数值代表独立转染实验的平均值。*误差线*、S.D.、。，n个≥ 4.

**图7。**
**基于荧光的测定TDP-43 RNA与GU重复物结合亲和力的方法。** *A、，*固有荧光(F类)A（UG）滴定后的重组TDP-43₆在没有RNA的情况下，通过荧光使RNA标准化(F类₀). 所示为F类/F类₀根据“实验程序”下的方程式1和2分析了四种不同TDP-43浓度下的值和数据。表观平衡解离常数的最佳拟合值，*K（K）_d日*_{（应用程序）}，如表1所示。*B、，*全长TDP-43的示意图，突出显示RRM1中的Trp-113和Trp-172。*下部面板*显示了与富含GU的RNA结合的102–269片段的表面和带状表示（36）。RRM1中的色氨酸残基在洋红.

请参阅PMC中的此图像和版权信息

类似文章

检测TAR DNA-结合蛋白43（TDP-43）低聚物作为聚集形成过程中的初始中间物种。
法语RL、Grese ZR、Aligiredid H、Dhavale DD、Reeb AN、Kedia N、Kotzbauer PT、Bieschke J、Ayala YM。法国RL等人。生物化学杂志。2019年4月26日；294(17):6696-6709. doi:10.1074/jbc。RA118.005889。Epub 2019年3月1日。生物化学杂志。2019 PMID：30824544 免费PMC文章。
热休克反应在TDP-43清除中起着重要作用：肌萎缩侧索硬化症功能障碍的证据。
Chen HJ、Mitchell JC、Novoselov S、Miller J、Nishimura AL、Scotter EL、Vance CA、Cheetham ME、Shaw CE。陈海杰等。大脑。2016年5月；139（第5部分）：1417-32。doi:10.1093/brain/aww028。Epub 2016年3月1日。大脑。2016 PMID：26936937 免费PMC文章。
43 kDa的TAR DNA结合蛋白（TDP-43）被截断酪蛋白激酶1δ磷酸化引发TDP-43的定位错误和累积。
Nonaka T、Suzuki G、Tanaka Y、Kametani F、Hirai S、Okado H、Miyashita T、Saitoe M、Akiyama H、Masai H、Hasegawa M。 Nonaka T等人。生物化学杂志。2016年3月11日；291(11):5473-5483. doi:10.1074/jbc。M115.695379。Epub 2016年1月14日。生物化学杂志。2016 PMID：26769969 免费PMC文章。
[神经退行性疾病和TDP-43]。
Nonaka T、Inukai Y、Arai T、Hasegawa M。 Nonaka T等人。大脑神经。2009年2月；61(2):161-6. 大脑神经。2009 PMID：19235466 审查。日本人。
TDP-43病理学：从有害组装到治疗性移除。
基廷党卫军、圣吉尔·R、斯旺森·MEV、斯科特·EL、沃克·AK。基廷·SS等人。神经生物学进展。2022年4月；211:102229. doi:10.1016/j.pneurobio.2022.102229。Epub 2022年1月29日。神经生物学进展。2022 PMID：35101542 审查。

查看所有类似文章

引用人

TAR DNA-结合蛋白43（TDP-43）在肌萎缩侧索硬化症中的发病机制。
王旭、胡毅、徐瑞。王X等。《神经再生研究》，2024年4月；19(4):800-806. doi:10.4103/1673-5374.382233。神经再生研究。2024。 PMID：37843214 免费PMC文章。审查。
在ALS果蝇模型中，抑制MEK/ERK通路可抑制免疫过度激活并减轻TDP-43毒性。
Yue W，Deng X，Wang Z，Jiang M，Hu R，Duan Y，Wang Q，Cui J，Fang Y。 Yue W等人。免疫老化。2023年6月20日；20(1):27. doi:10.1186/s12979-023-00354-8。免疫老化。2023 PMID：37340309 免费PMC文章。
特定RNA相互作用促进TDP-43多价相分离并保持液体性质。
Grese ZR、Bastos AC、Mamede LD、French RL、Miller TM、Ayala YM。 Grese ZR等人。 EMBO代表2021年12月6日；22（12）：e53632。doi:10.15252/embr.202153632。Epub 2021年11月17日。 EMBO代表2021。 PMID：34787357 免费PMC文章。
新型c-Abl抑制剂SC75741促进TDP25聚集体的清除通过ATG5-依赖性自噬途径。
周德、颜浩、杨S、张毅、徐X、岑X、雷K、夏H。周德等。 Front Pharmacol公司。2021年10月29日；12:741219. doi:10.3389/fphar.2021.741219。eCollection 2021年。 Front Pharmacol公司。2021 PMID：34776962 免费PMC文章。
TDP-43与富含GU的RNA重复序列的协同结合对抗TDP-43聚集。
Rengifo-Gonzalez JC、El Hage K、Clément MJ、Steiner E、Joshi V、Craveur P、Durand D、PastréD、Bouhss A。 Rengifo-Gonzalez JC等人。埃利夫。2021年9月7日；10:e67605。doi:10.7554/eLife.67605。埃利夫。2021 PMID：34490845 免费PMC文章。

查看所有“被引用”文章

工具书类

1. Arai T.、Hasegawa M.、Akiyama H.、Ikeda K.、Nonaka T.、Mori H.、Mann D.、Tsuchiya K.、Yoshida M.、Hashizume Y.和Oda T.（2006）TDP-43是额颞叶退行性变和肌萎缩侧索硬化症中泛素阳性τ阴性内含物的组成部分。生物化学。生物物理学。Res.社区。351, 602–611-公共医学
1. Neumann M.、Sampathu D.M.、Kwong L.K.、Truax A.C.、Micsenyi M.C.、Chou T.、Bruce J.、Schuck T.、Grossman M.、Clark C.M.、McCluskey L.F.、Miller B.L.、Masliah E.、Mackenzie I.R.、Feldman H.、Feiden W.、Kretzschmar H.A.、Trojanowski J.Q.和Lee V.M.（2006）额颞叶变性和肌萎缩侧索硬化症中的泛素化TDP-43。科学314，130–133-公共医学
1. Uryu K.、Nakashima-Yasuda H.、Forman M.S.、Kwong L.K.、Clark C.M.、Grossman M.、Miller B.L.、Kretzschmar H.A.、Lee V.M.、Trojanowski J.Q.和Neumann M.（2008）伴随TAR-DNA结合蛋白43病理学存在于阿尔茨海默病和皮质基底变性中，但不存在于其他tau病中。神经病理学杂志。实验神经学。67, 555–564-项目管理咨询公司-公共医学
1. Josephs K.A.、Murray M.E.、Whitwell J.L.、Parisi J.E.、Petrucelli L.、Jack C.R.、Petersen R.C.和Dickson D.W.（2014）《阿尔茨海默病TDP-43病理分期》。神经病理学学报。127, 441–450-项目管理咨询公司-公共医学
1. Buratti E.（2015）TDP-43突变在疾病中的功能意义。高级基因。91, 1–53-公共医学

MeSH术语

行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动

赠款和资金

LinkOut-更多资源

[1] Arai T.、Hasegawa M.、Akiyama H.、Ikeda K.、Nonaka T.、Mori H.、Mann D.、Tsuchiya K.、Yoshida M.、Hashizume Y.和Oda T.（2006）TDP-43是额颞叶退行性变和肌萎缩侧索硬化症中泛素阳性τ阴性内含物的组成部分。生物化学。生物物理学。Res.社区。351, 602–611-公共医学

[2] Arai T.、Hasegawa M.、Akiyama H.、Ikeda K.、Nonaka T.、Mori H.、Mann D.、Tsuchiya K.、Yoshida M.、Hashizume Y.和Oda T.（2006）TDP-43是额颞叶退行性变和肌萎缩侧索硬化症中泛素阳性τ阴性内含物的组成部分。生物化学。生物物理学。Res.社区。351, 602–611-公共医学

[3] Neumann M.、Sampathu D.M.、Kwong L.K.、Truax A.C.、Micsenyi M.C.、Chou T.、Bruce J.、Schuck T.、Grossman M.、Clark C.M.、McCluskey L.F.、Miller B.L.、Masliah E.、Mackenzie I.R.、Feldman H.、Feiden W.、Kretzschmar H.A.、Trojanowski J.Q.和Lee V.M.（2006）额颞叶变性和肌萎缩侧索硬化症中的泛素化TDP-43。科学314，130–133-公共医学

[4] Neumann M.、Sampathu D.M.、Kwong L.K.、Truax A.C.、Micsenyi M.C.、Chou T.、Bruce J.、Schuck T.、Grossman M.、Clark C.M.、McCluskey L.F.、Miller B.L.、Masliah E.、Mackenzie I.R.、Feldman H.、Feiden W.、Kretzschmar H.A.、Trojanowski J.Q.和Lee V.M.（2006）额颞叶变性和肌萎缩侧索硬化症中的泛素化TDP-43。科学314，130–133-公共医学

[5] Uryu K.、Nakashima-Yasuda H.、Forman M.S.、Kwong L.K.、Clark C.M.、Grossman M.、Miller B.L.、Kretzschmar H.A.、Lee V.M.、Trojanowski J.Q.和Neumann M.（2008）伴随TAR-DNA结合蛋白43病理学存在于阿尔茨海默病和皮质基底变性中，但不存在于其他tau病中。神经病理学杂志。实验神经学。67, 555–564-项目管理咨询公司-公共医学

[6] Uryu K.、Nakashima-Yasuda H.、Forman M.S.、Kwong L.K.、Clark C.M.、Grossman M.、Miller B.L.、Kretzschmar H.A.、Lee V.M.、Trojanowski J.Q.和Neumann M.（2008）伴随TAR-DNA结合蛋白43病理学存在于阿尔茨海默病和皮质基底变性中，但不存在于其他tau病中。神经病理学杂志。实验神经学。67, 555–564-项目管理咨询公司-公共医学

[7] Josephs K.A.、Murray M.E.、Whitwell J.L.、Parisi J.E.、Petrucelli L.、Jack C.R.、Petersen R.C.和Dickson D.W.（2014）《阿尔茨海默病TDP-43病理分期》。神经病理学学报。127, 441–450-项目管理咨询公司-公共医学

[8] Josephs K.A.、Murray M.E.、Whitwell J.L.、Parisi J.E.、Petrucelli L.、Jack C.R.、Petersen R.C.和Dickson D.W.（2014）《阿尔茨海默病TDP-43病理分期》。神经病理学学报。127, 441–450-项目管理咨询公司-公共医学

[9] Buratti E.（2015）TDP-43突变在疾病中的功能意义。高级基因。91, 1–53-公共医学

[10] Buratti E.（2015）TDP-43突变在疾病中的功能意义。高级基因。91, 1–53-公共医学

将引文保存到文件

电子邮件引文

添加到集合

添加到我的书目

您保存的搜索

为外部引文管理软件创建文件

您的RSS源

热休克诱导MAPK/ERK激酶磷酸化TAR DNA结合蛋白43（TDP-43）调节TDP-43功能

附属公司

MAPK/ERK激酶热休克诱导TAR DNA-结合蛋白43（TDP-43）磷酸化调节TDP-43功能

作者

附属公司

摘要

利益冲突声明

数字

类似文章

引用人

工具书类

MeSH术语

物质

赠款和资金

LinkOut-更多资源

全文源

其他文献来源

分子生物学数据库

其他

摘要

利益冲突声明

数字

类似文章

引用人

工具书类

MeSH术语

物质

相关信息

赠款和资金

LinkOut-更多资源

全文源

其他文献来源

分子生物学数据库

其他