TDP43はAβのフィブリル化を阻害して、AD病理を増悪させる

TAR DNA-binding protein 43 (TDP-43) は、筋萎縮性側索硬化症 (amyotrophic lateral sclerosis, ALS) や前頭側頭葉変性症（Frontotemporal lobar degeneration, FTLD）内に見られる凝集蛋白として同定されました ^[1] が、

その後、高齢者の脳内に凝集体として高率に存在することが明らかとなり、それらが主にLimbic領域に多く見られることから、Limbic-predominant age-related TDP-43 encephalopathy (LATE) と命名されました ^[2]。

LATEは、特にアルツハイマー病（Alzheimer's disease, AD）の脳内で多く見られ、その合併率は、一般のAging脳で20％前後なのに対して、AD脳では40–50％と、かなり頻度が高いです。

AD-LATEは主にタウ病理の進行と相関があることが知られていますが、今回、台湾・Genomics Research CenterのDr. Chenらの研究グループは、アミロイドβ (Amyloid β, Aβ) とTDP43との相互作用について検証しました ^[3]。

TDP43はAβのフィブリル化を阻害して、AD病理を増悪させる

著者らは、Aβ40、Aβ42のモノマーとTDP43全長モノマーを振盪し、チオフラビンTアッセイ、ドットブロット、電顕 etc.で、凝集形成能を確認した。

すると、Aβ40とTDP43を混合して振盪させると、Aβ40単独に比べて、凝集形成能が低下した。

Aβ40のフィブリルとTDP43を混ぜて振盪させても、凝集形成能に変化はなかった。

TDP43のAβ42に対する効果は、Aβ40よりも小さかった。

また、

• TDP43全長
• TDP43-N末+RRMドメイン
• TDP43-N末
• TDP43-RRMドメイン

の4種類のTDP43を試したところ、

TDP43全長、TDP43-N末+RRMドメイン、TDP43-N末は、Aβ凝集阻害作用があったが、

TDP43-RRMドメインだけだとAβ凝集は阻害されなかった。

次に、C57BL/6マウスの海馬スライスカルチャーで長期増強 (long-term potentiation, LTP) を調べたところ、

Aβ40とTDP43をともに処置したときに、LTPが抑制された。

また、AβやTDP43の凝集体を5ヶ月齢のマウスに接種し、Morris Water Mazeテストを行うと、Aβ＋TDP43摂取群で空間認知機能の低下が見られた。

さらに、APP/PS1ΔE9マウスにTDP43を接種すると、同じく空間認知機能障害が増悪し、脳内には、Aβプラーク内にTDP43オリゴマーが共局在していた。

これらのマウスでは、ミクログリオーシスが顕著だった。

ウエスタンブロットでAβのオリゴマー化を確認すると、TDP43接種群では、細胞外のAβオリゴマー、特に16量体が増えており、10量体、6量体、4量体、単体が減っていた。

最後にAD脳内のTDP43を確認すると、細胞内AβとTDP43オリゴマーの共局在がみられ、TDP43オリゴマーは一部細胞外Aβプラーク内にも確認された。

My View

TDP43とAD病理との関係については最近注目されているところだと思いますが、今回の論文は、

TDP43、とくにN末のTDP43がAβのフィブリル化を抑制、高分子オリゴマー化を促進することで、

神経活動を阻害し、空間認知機能が低下する、というお話でした。

AD-LATEの症例は結構見ているのですが、

この論文で示されているようなTDP43とAβプラークの共局在というのはほとんどみられません。

時々Neuritic plaquesの強い症例で、Neuritic plaquesとリン酸化TDP43 (p409/410) の共局在が見えることはありますが、Aβプラーク自体と共局在している印象はありません。

でも、著者らが使用しているTDP43オリゴマー抗体だとみえるのかもしれません。

ただ……オリジナルを読んでいないのでなんとも言えませんが、以前α-synのオリゴマー抗体の特異度問題の論文を報告したこともあり、

「このオリゴマー抗体はどこまで信用できるのかなー」と、ちょっと懐疑的にみてしまいました。

また、私が確認した、neuritic plaquesと共局在していたTDP43は、どちらかというとC末のTDP43優位だったので、今回のようにN末のTDP43のほうが影響が強い、というのも若干腑に落ちないなーと思いました。

私の認識では、C末の切断TDP43の方が、細胞内凝集体やfine neuritesの主要構成成分だと思うのですが ^[5]、Aβに関してだけはN末の方が影響している、ということなのでしょうか？

あと、途中まで細胞外Aβに焦点を当てていて、最後には細胞内Aβとの局在にフォーカスしているのが「なんで？」と疑問に思いました。

……と、なんとなくモヤット感の残る内容でしたが、TDP43は個人的によくわからないことが多いので、これからちょっとずつ勉強していこうと思います。

References

1. Neumann M, Sampathu DM, Kwong LK, Truax AC, Micsenyi MC, Chou TT, Bruce J, Schuck T, Grossman M, Clark CM, McCluskey LF, Miller BL, Masliah E, Mackenzie IR, Feldman H, Feiden W, Kretzschmar HA, Trojanowski JQ, Lee VM. Ubiquitinated TDP-43 in frontotemporal lobar degeneration and amyotrophic lateral sclerosis. Science. 2006 Oct 6;314(5796):130-3. doi: 10.1126/science.1134108. PMID:17023659.
2. Nelson PT, Dickson DW, Trojanowski JQ, Jack CR, Boyle PA, Arfanakis K, Rademakers R, Alafuzoff I, Attems J, Brayne C, Coyle-Gilchrist ITS, Chui HC, Fardo DW, Flanagan ME, Halliday G, Hokkanen SRK, Hunter S, Jicha GA, Katsumata Y, Kawas CH, Keene CD, Kovacs GG, Kukull WA, Levey AI, Makkinejad N, Montine TJ, Murayama S, Murray ME, Nag S, Rissman RA, Seeley WW, Sperling RA, White Iii CL, Yu L, Schneider JA. Limbic-predominant age-related TDP-43 encephalopathy (LATE): consensus working group report. Brain. 2019 Jun 1;142(6):1503-1527. doi: 10.1093/brain/awz099. Erratum in: Brain. 2019 Jul 1;142(7):e37. PMID:31039256; PMCID: PMC6536849.
3. Shih YH, Tu LH, Chang TY, Ganesan K, Chang WW, Chang PS, Fang YS, Lin YT, Jin LW, Chen YR. TDP-43 interacts with amyloid-β, inhibits fibrillization, and worsens pathology in a model of Alzheimer's disease. Nat Commun. 2020 Nov 23;11(1):5950. doi: 10.1038/s41467-020-19786-7. PMID:33230138; PMCID: PMC7683652.
4. Kumar ST, Jagannath S, Francois C, Vanderstichele H, Stoops E, Lashuel HA. How specific are the conformation-specific α-synuclein antibodies? Characterization and validation of 16 α-synuclein conformation-specific antibodies using well-characterized preparations of α-synuclein monomers, fibrils and oligomers with distinct structures and morphology. Neurobiol Dis. 2020 Sep 22;146:105086. doi: 10.1016/j.nbd.2020.105086. Epub ahead of print. PMID:32971232.
5. Igaz LM, Kwong LK, Xu Y, Truax AC, Uryu K, Neumann M, Clark CM, Elman LB, Miller BL, Grossman M, McCluskey LF, Trojanowski JQ, Lee VM. Enrichment of C-terminal fragments in TAR DNA-binding protein-43 cytoplasmic inclusions in brain but not in spinal cord of frontotemporal lobar degeneration and amyotrophic lateral sclerosis. Am J Pathol. 2008 Jul;173(1):182-94. doi: 10.2353/ajpath.2008.080003. Epub 2008 Jun 5. PMID:18535185; PMCID: PMC2438296.