신경 퇴행성 질환 연관 단백질 TDP-43와 FUS의 결합 물질 탐색 및 동정에 의한 이들의 병리학적 기전 연구 = The study of pathogenic mechanism of neurological diseases associated with TDP-43 and FUS

국문 초록 (Abstract)

I. 연구개발의 목적 및 필요성
본 연구는 그 중요성에 비해서 국내 연구가 취약하고, 발병기전 및 치료법이 전무한 조기 발병 치매의 가장 흔한 형태인 전측두엽성 치매와 루게릭병에 초점을 맞춘 연구임. 두가지 질환에서 공동으로 발견되는 질병 핵심 유전자 TDP-43와 FUS 돌연변이 단백질(퇴행성 뇌질환 연관 단백질)의 질병 관련 타겟 RNA와 비정상 결합 단백질 발굴을 통해 이들이 신경세포의 구조와 기능에 미치는 영향을 연구함으로써, 신경 퇴행성 뇌질환의 병리학적 기전 연구와 질병 진단이나 치료 후보 물질 탐색과 발굴을 목적으로 한다.
II. 연구개발의 내용 및 범위
RNA결합 단백질인 TDP43와 FUS에 연관된 신경 퇴행성 뇌질환의 발병기전을 연구하고, 이들과 결합하는 질병 연관 타겟을 발굴하기 위하여 본 연구에서는 인간 배아 줄기세포로부터 분화한 신경세포를 이용하여,
1) TDP-43와 FUS 유전자 돌연변이를 제작하여, 이들이 신경세포에 미치는 영향을 연구,
2) 돌연변이 단백질과 결합하는 비정상적인 RNA와 단백질을 동정하여 결합을 검증
3) 그들의 결합이 신경세포에 미치는 병리학적 기능을 조사
4) 인간 배아 줄기세포 유래 신경세포에서 이들의 기능을 검증하여 이들에 의한 조기치매와 루게릭병과 같은 신경 퇴행성 뇌질환의 진단 마커 및 치료 후보 물질을 탐색하고자 한다.
III. 연구개발결과
1) TDP-43와 FUS 유전자 돌연변이를 제작하여, 이들이 신경세포의 돌기를 축소하고, 신경세포의 사멸을 유도하는 세포독성을 유발함을 확인함
2) FUS돌연변이 단백질과 결합하는 비정상적인 RNA, Ndl-L와 PRMT1 단백질을 동정하여 결합을 검증함
3) FUS돌연변이 단백질이 산화스트레스에 의해서 비정상적인 단백질-RNA복합체로서 스트레스 응집체를 축척시킨다는 것을 알게 되었고, 이러한 스트레스 응집체의 과도한 축척과 세포사멸은 PRMT1의 감소, 자가소화작용의 활성화, Nd1-L의 도입으로 감소할 수 있음을 밝혀 질병 기전 및 질병치료후보 물질을 선별함
4) 발굴된 3종의 질병치료후보물질의 신경세포독성 감소에 대한 효능을 인간 배아 줄기세포 유래 신경세포에서 이들의 기능을 검증함. 따라서, 본 연구를 통해 조기치매와 루게릭병과 같은 희귀성 신경 퇴행성 뇌질환공 질병치료물질의 타겟 후보물질을 제공하고, 질병의 핵심 기전을 규명할 수 있었음
IV. 연구개발결과의 활용계획
1) TDP-43/FUS 결합 물질 동정 물질을 통항 발병기전이해를 통한 질병치료후보 물질 제공을 통한 치료제개발에 활용
2) 치매및 루게릭병 질병기전 연구 및 치료물질발굴에 대한 연구개발 방법론에 대한 연구자료 제공
3) 루게릭병 및 조기 치매 인식과 이해를 위한 교육자료로 활용
4) 질병 치료를 위한 약물효능 및 독성 검사에 사용되는 인간세포질병 모델 제공

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

I.Purpose
Familial amyotrophic lateral sclerosis (fALS), which a fatal neurodegenerative disease that causes progressive muscular weakness and shares some overlaps with frontotemporal lobe dementia (FTLD) which is the second most common dementia shown in patients under 65. Despite its importance on the research, little is known about their molecular pathogenesis and the therapy for these two devastating diseases. Therefore, I propose to study the molecular pathogenesis of FTD/ALS associted with FUS/TDP-43 which are the most common genetic factors in FTD/ALS and to identify the target candidates for therapeutic approach. Finally, I will validate the effect of identified candidate in the cytotoxicity and neurodegeneration in human embryonic stem cell -derived neuons (hESC-derived neurons) (human cellular model).
II. Contents
1) The cloning of FUS/TDP-43 mutant and study of the effect of cellular toxicity and cell survival by mutant proteins 2) Identification and validation of new interacting proteins and RNAs asscoaited with FUS mutant protein 3) Investigation of the effect of their abnormal association on cellular toxicity and cell survival 4) Functional validation of new molecules involved in cellular toxicity and neurodegeneration in hESC-derived cellular disease model.
III. Results
1) Understanding of molecular pathogeneic mechanism of TDP-43-mediated ALS/FTD (Mutant TDP-43 cause mislocalization of endogenous TDP-43 and neurodegeneration)
2)FUS mutant protein abnormally associated with PRMT1 and Nd1-L mRNA and caused accumulation of stress granule aggregates
3)FUS-positive stress granules aggregates were reduced by activation of authophagy, or loss of PRMT1, expression of Ndl-L indicating that these new candidates might be the therapeutic target for FTD/ALS associated with FUS
4) Neuronal toxicity and cell death caused by FUS mutant(R521C) were significantly reduced by introduction of new candidates in hESC-derived neurons. We provide a novel pathogenic mechanism of ALS/FTD associated with a FUS/TDP-43 mutation under oxidative stress, as well as therapeutic insight regarding neurodegenerative diseases associated with FUS/TDP-43
IV. Application
1) Providing therapeutic candidate targets for FTD/ALS
2) Providing and sharing the methods for analyze cellular toxicity and neurodegeneration
3) Understanding of molecular pathogenesis of FTD/ALS and giving the information for education for FTD/ALS
4) Providng human cellular disease model to use for drug screening and toxicology test.