Haploinsufficiency leads to neurodegeneration in C9ORF72 ALS/FTD human induced motor neurons

C9orf72 神经退行性变 肌萎缩侧索硬化 单倍率不足 三核苷酸重复扩增 失智症 生物 神经科学 细胞生物学 遗传学 医学 痴呆 病理 表型 基因 等位基因 疾病
作者
Yuanjie Shi,Shao‐Yu Lin,Kim A. Staats,Yichen Li,Wei-Feng Chang,Shu Ting Hung,Eric Hendricks,Gabriel Linares,Yaoming Wang,Esther Son,Xinmei Wen,Kassandra Kisler,Brent Wilkinson,Louise Menendez,Tohru Sugawara,Phillip Woolwine,Mickey Huang,Michael Cowan,Brandon Ge,Nicole Koutsodendris,Kaitlin P. Sandor,Jacob Komberg,Vamshidhar R. Vangoor,Ketharini Senthilkumar,Valerie Hennes,Carina Seah,Amy R. Nelson,Tze Yuan Cheng,Shih Jong J. Lee,Paul R. August,Jason Chen,N. Wisniewski,Victor Hanson-Smith,T. Grant Belgard,Alice Zhang,Marcelo P. Coba,C. Grunseich,Michael E. Ward,Leonard H. van den Berg,R. Jeroen Pasterkamp,Davide Trotti,Berislav V. Zloković,Justin K. Ichida
出处
期刊:Nature Medicine [Springer Nature]
卷期号:24 (3): 313-325 被引量:450
标识
DOI:10.1038/nm.4490
摘要

Human ALS/FTD patient iPSC-derived neurons are used to uncover mechanisms by which C9ORF72 mutations cause neurodegeneration. An intronic GGGGCC repeat expansion in C9ORF72 is the most common cause of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia (FTD), but the pathogenic mechanism of this repeat remains unclear. Using human induced motor neurons (iMNs), we found that repeat-expanded C9ORF72 was haploinsufficient in ALS. We found that C9ORF72 interacted with endosomes and was required for normal vesicle trafficking and lysosomal biogenesis in motor neurons. Repeat expansion reduced C9ORF72 expression, triggering neurodegeneration through two mechanisms: accumulation of glutamate receptors, leading to excitotoxicity, and impaired clearance of neurotoxic dipeptide repeat proteins derived from the repeat expansion. Thus, cooperativity between gain- and loss-of-function mechanisms led to neurodegeneration. Restoring C9ORF72 levels or augmenting its function with constitutively active RAB5 or chemical modulators of RAB5 effectors rescued patient neuron survival and ameliorated neurodegenerative processes in both gain- and loss-of-function C9ORF72 mouse models. Thus, modulating vesicle trafficking was able to rescue neurodegeneration caused by the C9ORF72 repeat expansion. Coupled with rare mutations in ALS2, FIG4, CHMP2B, OPTN and SQSTM1, our results reveal mechanistic convergence on vesicle trafficking in ALS and FTD.
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