ДНК-связывающий белок 43 с трансактивационным ответом (TDP-43) представляет собой широко экспрессируемый гетерогенный ядерный рибонуклеопротеин, участвующий в регуляции сплайсинга экзонов, транскрипции генов и стабильности мРНК, что жизненно важно для выживания клеток 1,2. При нейродегенеративных состояниях, таких как боковой амиотрофический склероз (БАС) и лобно-височная долевая дегенерация (FTLD), ядерный белок TDP-43 аномально накапливается в цитоплазме. Этот сдвиг приводит к потере функции TDP-43 в ядре и токсическому усилению функции в цитоплазме. Патологическое накопление TDP-43 начинается в определенных областях головного и спинного мозга, распространяясь по этим областям прионоподобным образом, процесс, тесно связанный с прогрессированием заболевания3. Однако точный механизм, с помощью которого патология TDP-43 распространяется по головному и спинному мозгу, остается неизвестным.
TDP-43 секретируется через внеклеточные везикулы (ВВ), а повышенные уровни TDP-43 обнаруживаются в плазме и спинномозговой жидкости (СМЖ) пациентов с БАС и FTLD-TDP 4,5,6. СМЖ у пациентов с диагнозом БАС и ЛЛЗ индуцирует внутриклеточную неправильную локализацию и агрегацию эндогенного TDP-43 в клетках глиомы человека7. Таким образом, TDP-43, высвобождаемый внеклеточно через ВВ, может опосредуть межклеточное распространение патологии TDP-43 от клетки к клетке.
Аутофагия — это хорошо сохранившийся механизм клеточной деградации, который включает в себя заключение нежелательных веществ в двухмембранные везикулы, известные как аутофагосомы, которые помечены LC3. Эти аутофагосомы сливаются с лизосомно-ассоциированными мембранным белком 1 (LAMP1)-положительными лизосомами с образованием аутолизосом (LC3+/LAMP1+), что приводит к деградации их содержимого8. Гистологические анализы свидетельствуют о том, что аутофагосомы, поглощающие включения, накапливаются в нейронах пациентов со спорадическим БАС9. Некоторые причинные гены семейного БАС и FTLD-TDP связаны с регуляцией аутофагии 10,11,12. Эти данные свидетельствуют о том, что аутофагия подавляется у пациентов с БАС и FTLD-TDP.
Предыдущее исследование показало, что TDP-43 секретируется через ВВ, положительные на маркер аутофагосом LC3-II, когда ингибируется слияние аутофагосом и лизосомы. Нарушение регуляции пути аутофагии-лизосомы может привести не только к внутриклеточному накоплению TDP-43, но и к внеклеточному высвобождению TDP-43 через EVs14. Однако остается неизвестным, каким образом высвобождаются LC3-II положительные ВВ и насколько это значимо в распространении патологии TDP-43.
ВВ классифицируются на большие ВВ (от 100 до 1000 нм в диаметре), которые образуются в результате почкования клеточной поверхности, и малые ВВ (от 50 до 150 нм в диаметре), которые образуются в результате почкования эндосомальных мембран к внутренней части эндосомы (известных как экзосомы) и аппарата Гольджи. Чтобы раздельно собирать большие и малые электромобили, мы выполняем последовательное центрифугирование и собираем гранулы методом центрифугирования в концентрации 20 000 × г и 110 000 × г соответственно. Фракция P1 EV (20 000 × г гранул) подготавливается для сбора крупных EV, а фракция P2 EV (110 000 × г гранул) — для сбора мелких EV15. Методика оценки уровней LC3-II в больших и малых ВВ, полученных в результате последовательного центрифугирования методом иммуноблоттинга, стабильна и воспроизводима16. В дополнение к анализу уровней LC3-II в ВВ, анализ образования аутолизосом и омегасом улучшает понимание того, как нарушение регуляции аутофагии приводит к высвобождению LC3-II положительных ВВ. В настоящем исследовании показана подавляющая роль синтаксина 6 (STX6), белка SNARE, который способствует движению транспортных везикул к мембранам-мишеням17, в высвобождении LC3-II положительных EV при ингибировании слияния аутофагосом и лизосом.