「HDGFL2」のcryptic exon転写産物は、早期ALSのバイオマーカーとなり得るか？

TAR DNA-binding protein 43（TDP-43）には様々な機能が報告されていますが、その中でも重要なものとして、「遺伝子を正確に転写させる機能」があります。

筋萎縮性側索硬化症（Amyotrophic lateral sclerosis, ALS）や 前頭側頭型認知症（fronto-temporal dementia, FTD）などのTDP-43プロテイノパチーでは、このTDP-43の機能が喪失し、その下流にある様々な遺伝子で、cryptic exonと呼ばれる、本来は転写されないはずの部位の転写が起こります ^[1]。

これは、本来のタンパクの機能喪失や機能異常を引き起こし、TDP-43プロテイノパチーの病態に関与すると考えられています ^{[2, 3, 4]}。

今回、アメリカ・ジョーンズホプキンス病院の Dr. Wong らのグループは、このcryptic exonで産生されたタンパクの一つに特異的に結合する抗体を作製し、ALS/FTDの患者さんのバイオマーカーとなるかどうか検証しました ^[4]。

「HDGFL2」のcryptic exon部位は、早期ALSのバイオマーカーターゲットとなり得るか？

cryptic HDGFL2を認識する抗体（TC1HDG）の作製

彼らは、これまで報告されていたTDP-43関連cryptic exons ^[2, 3] の中からいくつかをターゲットにし、最終的にHDGFL2に焦点を絞りました。

彼らは、このHDGFL2のcryptic exonの転写産物のペプチドをエピトープとした抗体（TC1HDG）を作製しました。

TC1HDG抗体は、TDP-43を欠失させたHeLa細胞のcryptic HDGFL2を認識しました。

またTC1HDG抗体は、ALS-FTDの患者さんの脳内で発言するcryptic HDGFL2を認識しました。

cryptic HDGFL2は、ALSのCSFで増加

次に彼らは、TC1HDG抗体を使ってELISAの系を作りました。

これを使って、孤発性ALSの人達や、C9orf72変異のある人達の脳脊髄液（cerebrospinal fluid, CSF）を調べると、孤発性ALSやC9orf72の人達ではCSF中のcryptic HDGFL2の量が増加していました。

C9orf72の人達は、ALSを発症した人だけでなく、まだALSを発症していない段階の人達まで、CSF中にcryptic HDGFL2の増加を認めました。

神経変性の目安となるCSF中のニューロフィラメント軽鎖 (neurofilament light chain, NfL) との関係を調べると、発症前の段階でcryptic HDGFL2の量が増加し、発症後にNfLやリン酸化NfLなどが増加しているようでした。

cryptic HDGFL2は、ALSの血漿中でも増加

さらに彼らは、TC1HDG抗体を使って血漿中のcryptic HDGFL2量を測定できる系（MSD assay）を開発しました。

すると、ALS発症後のC9orf72患者さんの血漿中でcryptic HDGFL2の量が増加しており、全体的に、HDGFL2量は血漿中とCSF中で正の相関を認めました。

My View

cryptic exonsって、響きがスパイっぽい感じですが、これらが転写されちゃう事でALS発症との関連が示唆されているので、かなりの曲者です。

以前、STMN2のcryptic exonが転写され、機能しないstathmin-2が産生されて神経障害が起こるという報告がでて、このブログでも紹介しましたが、その時は「そんなことが本当に起こるの？」とちょっと理解が追いついていませんでした。

でも、これまでに報告された研究成果達を読んでいくうちに、「ああ、こんな事が実際に起こっているんだなー。」と納得するようになりました。

今回はHDGFL2に着目して、特に髄液中でALS発症前からcryptic HDGFL2の量が増加している事がわかりました。

これはALSの臨床試験でリクルートに使えると思います。

血漿中でももっと綺麗に出たらなお良かったですが、ALSはADやPDと違って、診断のために必ず髄液検査をするので、血液バイオマーカーの必要度はAD/PD等の疾患よりは低いでしょう。

今回はHDGFL2でしたが、ALT/FTDのバイオマーカーとなりそうなcryptic exonsは他にもたくさん調べられているので、どれが一番良さそうか、これからも気がけてみておこうと思います。

Glossary

cryptic exon

日本語では偽エクソン、隠れエクソン、などと呼ばれる。

通常は最終的なmRNA転写産物には含まれないが、スプライシングプロセスのエラーにより誤って含まれるRNA配列。

TDP-43プロテイノパチーにおいて、TDP-43の転写調節機能が低下するとこれらのcryptic exonsの転写が増え、神経障害の原因となる事が示唆されている ^{[5, 6, 7]} 。

これらのcryptic exonsが存在すると、ニューロンの生存に重要なタンパクが喪失したり、デノボタンパクが生成され、他のタンパク質との相互作用が変化して、疾患の病態に寄与する可能性がある ^{[2, 3, 4, 8]} 。

References

1. Cao MC, Ryan B, Wu J, Curtis MA, Faull RLM, Dragunow M, Scotter EL. A panel of TDP-43-regulated splicing events verifies loss of TDP-43 function in amyotrophic lateral sclerosis brain tissue. Neurobiol Dis. 2023 Sep;185:106245. doi: 10.1016/j.nbd.2023.106245. Epub 2023 Jul 30. PMID: 37527763.
2. Ling JP, Pletnikova O, Troncoso JC, Wong PC. TDP-43 repression of nonconserved cryptic exons is compromised in ALS-FTD. Science. 2015 Aug 7;349(6248):650-5. doi: 10.1126/science.aab0983. PMID: 26250685; PMCID: PMC4825810.
3. Klim JR, Williams LA, Limone F, Guerra San Juan I, Davis-Dusenbery BN, Mordes DA, Burberry A, Steinbaugh MJ, Gamage KK, Kirchner R, Moccia R, Cassel SH, Chen K, Wainger BJ, Woolf CJ, Eggan K. ALS-implicated protein TDP-43 sustains levels of STMN2, a mediator of motor neuron growth and repair. Nat Neurosci. 2019 Feb;22(2):167-179. doi: 10.1038/s41593-018-0300-4. Epub 2019 Jan 14. PMID: 30643292; PMCID: PMC7153761.
4. Melamed Z, López-Erauskin J, Baughn MW, Zhang O, Drenner K, Sun Y, Freyermuth F, McMahon MA, Beccari MS, Artates JW, Ohkubo T, Rodriguez M, Lin N, Wu D, Bennett CF, Rigo F, Da Cruz S, Ravits J, Lagier-Tourenne C, Cleveland DW. Premature polyadenylation-mediated loss of stathmin-2 is a hallmark of TDP-43-dependent neurodegeneration. Nat Neurosci. 2019 Feb;22(2):180-190. doi: 10.1038/s41593-018-0293-z. Epub 2019 Jan 14. PMID: 30643298; PMCID: PMC6348009.
5. Irwin KE, Jasin P, Braunstein KE, Sinha IR, Garret MA, Bowden KD, Chang K, Troncoso JC, Moghekar A, Oh ES, Raitcheva D, Bartlett D, Miller T, Berry JD, Traynor BJ, Ling JP, Wong PC. A fluid biomarker reveals loss of TDP-43 splicing repression in presymptomatic ALS-FTD. Nat Med. 2024 Jan 26. doi: 10.1038/s41591-023-02788-5. Epub ahead of print. PMID: 38278991
6. Mehta PR, Brown AL, Ward ME, Fratta P. The era of cryptic exons: implications for ALS-FTD. Mol Neurodegener. 2023 Mar 15;18(1):16. doi: 10.1186/s13024-023-00608-5. PMID: 36922834; PMCID: PMC10018954.
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8. Cao MC, Ryan B, Wu J, Curtis MA, Faull RLM, Dragunow M, Scotter EL. A panel of TDP-43-regulated splicing events verifies loss of TDP-43 function in amyotrophic lateral sclerosis brain tissue. Neurobiol Dis. 2023 Sep;185:106245. doi: 10.1016/j.nbd.2023.106245. Epub 2023 Jul 30. PMID: 37527763.
9. Brown AL, Wilkins OG, Keuss MJ, Hill SE, Zanovello M, Lee WC, Bampton A, Lee FCY, Masino L, Qi YA, Bryce-Smith S, Gatt A, Hallegger M, Fagegaltier D, Phatnani H; NYGC ALS Consortium; Newcombe J, Gustavsson EK, Seddighi S, Reyes JF, Coon SL, Ramos D, Schiavo G, Fisher EMC, Raj T, Secrier M, Lashley T, Ule J, Buratti E, Humphrey J, Ward ME, Fratta P. TDP-43 loss and ALS-risk SNPs drive mis-splicing and depletion of UNC13A. Nature. 2022 Mar;603(7899):131-137. doi: 10.1038/s41586-022-04436-3. Epub 2022 Feb 23. PMID: 35197628; PMCID: PMC8891020.