TAR DNA-Binding protein 43 (TDP-43) regulates stress granule dynamics via differential regulation of G3BP and TIA-1

TDP-43 est une protéine multifonctionnelle possédant des rôles dans la transcription, l'épissage des pré-ARNm, la stabilité et le transport des ARNm. TDP-43 interagit avec d'autres hnRNP, incluant hnRNP A2, via son extrémité C-terminale. Plusieurs membres de la famille des hnRNP étant impliqués dans la réponse au stress cellulaire, alors nous avons émis l’hypothèse que TDP-43 pouvait y participer aussi. Nos résultats démontrent que TDP-43 et hnRNP A2 sont localisés au niveau des granules de stress, à la suite d’un stress oxydatif, d’un choc thermique, et lors de l’exposition à la thapsigargine. TDP-43 contribue à la fois à l'assemblage et au maintien des granules de stress en réponse au stress oxydatif. TDP-43 régule aussi de façon différentielle les composants clés des granules de stress, notamment TIA-1 et G3BP. L'agrégation contrôlée de TIA-1 est perturbée en l'absence de TDP-43. En outre, TDP-43 régule le niveau d`ARNm de G3BP, un facteur de granule de stress de nucléation. La mutation associée à la sclérose latérale amyotrophique, TDP-43R361S, compromet la formation de granules de stress. Ainsi, la fonction cellulaire de TDP-43 s'étend au-delà de l’épissage; TDP-43 est aussi un composant de la réponse cellulaire au stress central et un acteur actif dans le stockage des ARNs.

Développement de modèles C. elegans de Sclérose Latérale Amyotrophique

Les gènes TDP-43 (TAR DNA Binding Protein 43) et FUS/TLS (Fused in Sarcoma/Translocated in Liposarcoma) sont actuellement à l’étude quant à leurs rôles biologiques dans le développement de diverses neuropathies telles que la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA). Étant donné que TDP-43 et FUS sont conservés au cours de l’évolution, nous avons utilisé l’organisme modèle C. elegans afin d’étudier leurs fonctions biologiques. Dans ce mémoire, nous démontrons que TDP-1 fonctionne dans la voie de signalisation Insuline/IGF pour réguler la longévité et la réponse au stress oxydatif. Nous avons développé des lignées C. elegans transgéniques mutantes TDP-43 et FUS qui présentent certains aspects de la SLA tels que la dégénérescence des motoneurones et la paralysie adulte. La protéotoxicité causée par ces mutations de TDP- 43 et FUS associées à la SLA, induit l’expression de TDP-1. À l’inverse, la délétion de tdp-1 endogène protège contre la protéotoxicité des mutants TDP-43 et FUS chez C. elegans. Ces résultats suggèrent qu’une induction chronique de TDP-1/TDP-43 sauvage propagerait la protéotoxicité liée à la protéine mutante. Nous avons aussi entrepris un criblage moléculaire pilote afin d’isoler des suppresseurs de toxicité neuronale des modèles transgéniques mutants TDP-43 et FUS. Nous avons ainsi identifié le bleu de méthylène et le salubrinal comme suppresseurs potentiels de toxicité liée à TDP-43 et FUS via réduction de la réponse au stress du réticulum endoplasmique (RE). Nos résultats indiquent que l’homéostasie de repliement des protéines dans le RE représente une cible pour le développement de thérapies pour les maladies neurodégénératives.

Génération de lignées de poissons zébrés exprimant le gène muté TARDBP

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative due à une dégénérescence des motoneurones. Plus de 40 mutations du gène TARDBP ont été identifiées chez des patients SLA. Les défauts biochimiques de ces mutations étant encore inconnus, les modèles animaux sont présentement la seule mesure possible d’un phénotype. Pour étudier les conséquences physiopathologiques d’une de ces mutations, nous avons développé deux lignées transgéniques de poisson zébré, exprimant le gène humain TARDBP soit de type sauvage, soit avec la mutation G348C liée à la SLA, sous le contrôle d’un promoteur de choc thermique. Ces lignées ont été étudiées sur trois générations, après avoir établi un protocole de choc thermique induisant une expression ubiquitaire du transgène. Les embryons transgéniques de la génération F2 de la lignée exprimant la mutation développent un phénotype moteur suite à un choc thermique de 38.5°C pendant 30 minutes lorsque les embryons sont à 18 heures post-fertilisation. 60% des embryons ont une réponse anormale au toucher. De plus, une réduction de 28% de la longueur de pré-branchement des axones des motoneurones est observée. Ces résultats indiquent que notre lignée exprimant la protéine mutante TDP-43 est un modèle génétique de la SLA prometteur, qui ouvre des perspectives pour la compréhension de la physiopathologie de la maladie et la découverte de molécules thérapeutiques.

TDP-43 régule la dynamique et la fonction des Granules de Stress via G3BP1

Les Granule de Stress (GS) sont des inclusions cytoplasmiques contenant des protéines et des ARNm qui s’assemblent en réponse à l’exposition à un stress. Leur formation fait partie intégrante de la réponse cellulaire au stress et est considérée comme une étape déterminante pour la résistance au stress et la survie cellulaire. Actuellement, les GS sont reliés à divers pathologies allant des infections virales aux maladies neurovégétatives. L’une d’entre elle, la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est particulièrement agressive, caractérisée par une perte des neurones moteurs aboutissant à la paralysie et à la mort du patient en cinq ans en moyenne. Les mécanismes de déclenchement de la pathologie restent encore à déterminer. TDP-43 (TAR DNA binding protein 43) et FUS (Fused in liposarcoma) sont deux protéines reliées à la pathologie qui présentent des similarités de structure et de fonction, suggérant un mécanisme commun de toxicité. TDP-43 et FUS sont toutes les deux recrutées au niveau des GS en condition de stress. Nous avons démontré pour la première fois que la fonction des GS est de protéger les ARNm de la dégradation induite par l’exposition au stress. Cette fonction n’était que suspectée jusqu’alors. De plus nous avons mis en évidence que G3BP1 (Ras GTPase-activating protein-binding protein 1) est l’effectrice de cette fonction via son implication dans la dynamique de formation des GS. TDP-43 étant un régulateur de G3BP1, nous prouvons ainsi que la perte de fonction de TDP-43/G3BP1 aboutit à un défaut de réponse au stress aboutissant à une vulnérabilisation cellulaire. Le mécanisme de toxicité emprunter par FUS diffère de celui de TDP-43 et ne semble pas passer par une perte de fonction dans le cadre de la réponse au stress.

Rôle du métabolisme énergétique dans un contexte de vieillissement chez C. elegans

L’incidence constante des maladies liées à l’âge reflète un réel enjeu dans nos sociétés actuelles, principalement lorsqu’il est question des cas de cancers, d’accidents cérébraux et de maladies neurodégénératives. Ces désordres sont liés à l’augmentation de l’espérance de vie et à un vieillissement de la population. Les coûts, estimés en milliards de dollars, représentent des sommes de plus en plus importantes. Bien que les efforts déployés soient importants, aucun traitement n’a encore été trouvé. Les maladies neurodégénératives, telles que la maladie d’Alzheimer, de Parkinson, d’Huntington ou la sclérose latérale amyotrophique (SLA), caractérisées par la dégénérescence d’un type neuronal spécifique à chaque pathologie, représentent un défi important. Les mécanismes de déclenchement de la pathologie sont encore nébuleux, de plus il est maintenant clair que certains de ces désordres impliquent de nombreux gènes impliqués dans diverses voies de signalisation induisant le dysfonctionnement de processus biologiques importants, tel que le métabolisme. Dans nos sociétés occidentales, une problématique, directement lié à notre style de vie s’ajoute. L’augmentation des quantités de sucre et de gras dans nos diètes a amené à un accroissement des cas de diabètes de type II, d’obésité et de maladies coronariennes. Néanmoins, le métabolisme du glucose, principale source énergétique du cerveau, est primordial à la survie de n’importe quel organisme. Lors de ces travaux, deux études effectuées à l’aide de l’organisme Caenorhabditis elegans ont porté sur un rôle protecteur du glucose dans un contexte de vieillissement pathologique et dans des conditions de stress cellulaire. Le vieillissement semble accéléré dans un environnement enrichi en glucose. Cependant, les sujets traités ont démontré une résistance importante à différents stress et aussi à la présence de protéines toxiques impliquées dans la SLA et la maladie de Huntington. Dans un deuxième temps, nous avons démontré que ces effets peuvent aussi être transmis à la génération suivante. Un environnement enrichi en glucose a pour bénéfice de permettre une meilleure résistance de la progéniture, sans pour autant transmettre les effets néfastes dû au vieillissement accéléré.

Altérations synaptiques à la jonction neuromusculaire dans un modèle murin de sclérose latérale amyotrophique

La sclérose latérale amyotrophique est une maladie neurodégénérative fatale caractérisée par la dégénérescence progressive des neurones moteurs centraux et périphériques. L’un des premiers signes de la maladie est la dénervation de la jonction neuromusculaire (JNM). Les diverses unités motrices (UM) ne présentent toutefois pas la même vulnérabilité à la dénervation dans la SLA: les UM rapide fatigables sont en fait les plus vulnérables et les UM lentes sont les plus résistantes. Alors que des études précédentes ont démontré dans plusieurs modèles animaux de la SLA de nombreuses variations synaptiques, les découvertes ont été contradictoires. Par ailleurs, le type d’UM n’a pas été tenu en compte dans ces divers travaux. Nous avons donc émis l’hypothèse que la présence de la mutation SOD1 pourrait affecter différemment la transmission synaptique des UM, en accord avec leur vulnérabilité sélective. En effectuant des enregistrements électrophysiologiques et de l’immunohistochimie, nous avons étudié la transmission synaptique des différents types d’UM du muscle à contraction rapide Extensor Digitorum Longus (EDL; rapide fatigable (FF) MU) et du muscle à contraction lente Soleus (SOL; lente (S) and rapide fatigue-résistante (FR) MU) de la souris SOD1G37R et leur congénères WT. Pour identifier le type d’UM, un marquage par immunohistochimie des chaînes de myosine a été effectué. Un triple marquage de la JNM a également été effectué pour vérifier son intégrité aux différents stades de la maladie. À P160, dans la période asymptomatique de la maladie, alors qu’aucune altération morphologique n’était présente, l’activité évoquée était déjà altérée différemment en fonction des UM. Les JNMs FF mutantes ont démontré une diminution de l’amplitude des potentiels de plaque motrice (PPM) et du contenu quantique, alors que les JNMs lentes démontraient pratiquement le contraire. Les JNMs FR montraient quant à elles une force synaptique semblable au WT. À P380, dans la période présymtomatique, de nombreuses altérations morphologiques ont été observées dans le muscle EDL, incluant la dénervation complète, l’innervation partielle et les extensions du nerf. La transmission synaptique évoquée des UM FF étaient toujours réduites, de même que la fréquence des potentiels de plaque motrice miniatures. À P425, à l’apparition des premiers symptômes, l’activité synaptique des JNMs S était redevenue normale alors que les JNMs FR ont montré à ce moment une diminution du contenu quantique par rapport au contrôle. De manière surprenante, aucun changement du ratio de facilitation n’a été observé malgré les changements flagrants de la force synaptique. Ces résultats révèlent que la fonction de la JNM est modifiée différemment en fonction de la susceptibilité des UM dans l’ALS. Cette étude fournit des pistes pour une meilleure compréhension de la physiologie de la JNM durant la pathologie qui est cruciale au développement d’une thérapie adéquate ciblant la JNM dans la SLA.

Utilidad de la electromiografía de esfínter anal en el diagnóstico diferencial de la atrofia multisistémica: una revisión de la literatura

La atrofia multisistémica (AMS) es una enfermedad degenerativa caracterizada por disautonomías y síntomas extrapiramidales. El diagnóstico diferencial con otros parkinsonismos es difícil, por lo cual se requiere una ayuda paraclínica para soportar el diagnóstico clínico. La degeneración del núcleo de Onuf, exclusiva en esta enfermedad, podría sugerir que la presencia de denervación en el esfínter anal podría ser tomada en cuenta como criterio diagnóstico de AMS. Se realizó una revisión sistemática con el fin de determinar la utilidad de la electromiografía de esfínter anal (EMG-EA) en el diagnóstico diferencial de AMS contra otros parkinsonismos. Se incluyeron 17 estudios que analizaron los resultados de EMG-EA en pacientes con AMS. De éstos, 11 de estudios fueron analíticos y compararon pacientes con AMS y otros parkinsonismos. Los 6 estudios restantes fueron descriptivos. La duración de los potenciales de unidad motora (PUM) es significativamente mayor en pacientes con AMS comparados con otros parkinsonismos, y utilizando un punto de corte > 13 ms muestra características operativas que hacen a este parámetro potencialmente útil. Solo un estudio encontró diferencias significativas en el porcentaje de PUM polifásicos, el cual tuvo una sensibilidad y especificidad clínicamente útil cuando el punto de corte es mayor a 60%. El resto de los estudios no reportan diferencias estadísticamente significativas entre parkinsonismos. La literatura disponible apunta a la potencial utilidad de la EMG-EA en el diagnóstico diferencial de la AMS de otros parkinsonismos; sin embargo es necesario conducir más estudios para solventar las limitaciones metodológicas existentes.

Tumour necrosis factor alpha induces rapid reduction in AMPA receptor-mediated calcium entry in motor neurones by increasing cell surface expression of the GluR2 subunit: relevance to neurodegeneration

The AMPA receptor (AMPAR) subunit GluR2, which regulates excitotoxicity and the inflammatory cytokine tumour necrosis factor alpha (TNF alpha) have both been implicated in motor neurone vulnerability in Amyotrophic Lateral Sclerosis/Motor Neurone Disease. TNF alpha has been reported to increase cell surface expression of AMPAR subunits to increase synaptic strength and enhance excitotoxicity, but whether this mechanism occurs in motor neurones is unknown. We used primary cultures of mouse motor neurones and cortical neurones to examine the interaction between TNF alpha receptor activation, GluR2 availability, AMPAR-mediated calcium entry and susceptibility to excitotoxicity. Short exposure to a physiologically relevant concentration of TNFalpha (10 ng/ml, 15 min) caused a marked redistribution of both GluR1 and GluR2 to the cell surface as determined by cell surface biotinylation and immunofluorescence. Using Fura-2 AM microfluorimetry we showed that exposure to TNFalpha caused a rapid reduction in the peak amplitude of AMPA-mediated calcium entry in a PI3-kinase and p38 kinase-dependent manner, consistent with increased insertion of GluR2-containing AMPAR into the plasma membrane. This resulted in a protection of motor neurones against kainate-induced cell death. Our data therefore, suggests that TNF alpha acts primarily as a physiological regulator of synaptic activity in motor neurones rather than a pathological drive in ALS

Expression of SOD1 G93A or wild-type SOD1 in primary cultures of astrocytes down-regulates the glutamate transporter GLT-1: lack of involvement of oxidative stress

Glutamate excitotoxicity is implicated in the aetiology of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) with impairment of glutamate transport into astrocytes a possible cause of glutamate-induced injury to motor neurons. It is possible that mutations of Cu/Zn superoxide dismutase (SOD1), responsible for about 20% of familial ALS, down-regulates glutamate transporters via oxidative stress. We transfected primary mouse astrocytes to investigate the effect of the FALS-linked mutant hSOD1(G93A) and wild-type SOD1 (hSOD1(wt)) on the glutamate uptake system. Using western blotting, immunocytochemistry and RT-PCR it was shown that expression of either hSOD1(G93A) or hSOD1(wt) in astrocytes produced down-regulation of the levels of a glutamate transporter GLT-1, without alterations in its mRNA level. hSOD1(G93A) or hSOD1(wt) expression caused a decrease of the monomeric form of GLT-1 without increasing oxidative multimers of GLT-1. The effects were selective to GLT-1, since another glutamate transporter GLAST protein and mRNA levels were not altered. Reflecting the decrease in GLT-1 protein, [H-3]D-aspartate uptake was reduced in cultures expressing hSOD1(G93A) or hSOD1(wt). The hSOD1-induced decline in GLT-1 protein and [H-3]D-aspartate uptake was not blocked by the antioxidant Trolox nor potentiated by antioxidant depletion using catalase and glutathione peroxidase inhibitors. Measurement of 2',7'-dichlorofluorescein (DCF)-induced fluorescence revealed that expression of hSOD1(G93A) or hSOD1(wt) in astrocytes does not lead to detectable increase of intracellular reactive oxygen species. This study suggests that levels of GLT-1 protein in astrocytes are reduced rapidly by overexpression of hSOD1, and is due to a property shared between the wild-type and G93A mutant form, but does not involve the production of intracellular oxidative stress.

Downregulation of VAPB expression in motor neurons derived from induced pluripotent stem cells of ALS8 patients

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is an incurable neuromuscular disease that leads to a profound loss of life quality and premature death. Around 10% of the cases are inherited and ALS8 is an autosomal dominant form of familial ALS caused by mutations in the vamp-associated protein B/C (VAPB) gene. The VAPB protein is involved in many cellular processes and it likely contributes to the pathogenesis of other forms of ALS besides ALS8. A number of successful drug tests in ALS animal models could not be translated to humans underscoring the need for novel approaches. The induced pluripotent stem cells (iPSC) technology brings new hope, since it can be used to model and investigate diseases in vitro. Here we present an additional tool to study ALS based on ALS8-iPSC. Fibroblasts from ALS8 patients and their non-carrier siblings were successfully reprogrammed to a pluripotent state and differentiated into motor neurons. We show for the first time that VAPB protein levels are reduced in ALS8-derived motor neurons but, in contrast to over-expression systems, cytoplasmic aggregates could not be identified. Our results suggest that optimal levels of VAPB may play a central role in the pathogenesis of ALS8, in agreement with the observed reduction of VAPB in sporadic ALS.

Copy number variants on the X chromosome in women with primary ovarian insufficiency

Objective: To investigate whether submicroscopic copy number variants (CNVs) on the X chromosome can be identified in women with primary ovarian insufficiency (POI), defined as spontaneous secondary amenorrhea before 40 years of age accompanied by follicle-stimulating hormone levels above 40 IU/L on at least two occasions. Design: Analysis of intensity data of single nucleotide polymorphism (SNP) probes generated by genomewide Illumina 370k CNV BeadChips, followed by the validation of identified loci using a custom designed ultra-high-density comparative genomic hybridization array containing 48,325 probes evenly distributed over the X chromosome. Setting: Multicenter genetic cohort study in the Netherlands. Patient(s): 108 Dutch Caucasian women with POI, 97 of whom passed quality control, who had a normal karyogram and absent fragile X premutation, and 235 healthy Dutch Caucasian women as controls. Intervention(s): None. Main Outcome Measure(s): Amount and locus of X chromosomal microdeletions or duplications. Result(s): Intensity differences between SNP probes identify microdeletions and duplications. The initial analysis identified an overrepresentation of deletions in POI patients. Moreover, CNVs in two genes on the Xq21.3 locus (i.e., PCDH11X and TGIF2LX) were statistically significantly associated with the POI phenotype. Mean size of identified CNVs was 262 kb. However, in the validation study the identified putative Xq21.3 deletions samples did not show deviations in intensities in consecutive probes. Conclusion(s): X chromosomal submicroscopic CNVs do not play a major role in Caucasian POI patients. We provide guidelines on how submicroscopic cytogenetic POI research should be conducted. (Fertil Steril (R) 2011;95:1584-8. (C) 2011 by American Society for Reproductive Medicine.)

Peroxymonocarbonate and Carbonate Radical Displace the Hydroxyl-like Oxidant in the Sod1 Peroxidase Activity under Physiological Conditions

Despite being one of the most important antioxidant defenses, Cu,Zn-superoxide dismutase (Sod1) has been frequently associated with harmful effects, including neurotoxicity. This toxicity has been attributed to immature forms of Sod1 and extraneous catalytic activities. Among these, the ability of Sod1 to function as a peroxidase may be particularly relevant because it is increased in bicarbonate buffer and produces the reactive carbonate radical. Despite many studies, how this radical forms remains unknown. To address this question, we systematically studied hSod1 peroxidase activity in the presence of nitrite, formate, and bicarbonate-carbon dioxide. Kinetic analyses of hydrogen peroxide consumption and of nitrite, formate, and bicarbonate-carbon dioxide oxidation showed that the Sod1-bound hydroxyl-like oxidant functions in the presence of nitrite and formate. In the presence of bicarbonate-carbon dioxide, this oxidant is replaced by peroxymonocarbonate, which is then reduced to the carbonate radical. Peroxymonocarbonate intermediacy was evidenced by (13)C NMR experiments showing line broadening of its peak in the presence of Zn,ZnSod1. In agreement, peroxymonocarbonate was docked into the hSod1 active site, where it interacted with the conserved Arg(143). Also, a reaction between peroxymonocarbonate and Cu(I)Sod1 was demonstrated by stopped-flow experiments. Kinetic simulations indicated that peroxymonocarbonate is produced during Sod1 turnover and not in bulk solution. In the presence of bicarbonate-carbon dioxide, sustained hSod1-mediated oxidations occurred with low steady-state concentrations of hydrogen peroxide (4-10 mu M). Thus, carbonate radical formation through peroxymonocarbonate may be a key event in Sod1-induced toxicity.

Superoxide Dismutase 1-mediated Production of Ethanol- and DNA-derived Radicals in Yeasts Challenged with Hydrogen Peroxide MOLECULAR INSIGHTS INTO THE GENOME INSTABILITY OF PEROXIREDOXIN-NULL STRAINS

Peroxiredoxins are receiving increasing attention as defenders against oxidative damage and sensors of hydrogen peroxide-mediated signaling events. In the yeast Saccharomyces cerevisiae, deletion of one or more isoforms of the peroxiredoxins is not lethal but compromises genome stability by mechanisms that remain under scrutiny. Here, we show that cytosolic peroxiredoxin-null cells (tsa1 Delta tsa2 Delta) are more resistant to hydrogen peroxide than wildtype (WT) cells and consume it faster under fermentative conditions. Also, tsa1 Delta tsa2 Delta cells produced higher yields of the 1-hydroxyethyl radical from oxidation of the glucose metabolite ethanol, as proved by spin-trapping experiments. A major role for Fenton chemistry in radical formation was excluded by comparing WT and tsa1 Delta tsa2 Delta cells with respect to their levels of total and chelatable metal ions and of radical produced in the presence of chelators. The main route for 1-hydroxyethyl radical formation was ascribed to the peroxidase activity of Cu, Zn-superoxide dismutase (Sod1), whose expression and activity increased similar to 5- and 2-fold, respectively, in tsa1 Delta tsa2 Delta compared with WT cells. Accordingly, overexpression of human Sod1 in WT yeasts led to increased 1-hydroxyethyl radical production. Relevantly, tsa1 Delta tsa2 Delta cells challenged with hydrogen peroxide contained higher levels of DNA-derived radicals and adducts as monitored by immuno-spin trapping and incorporation of (14)C from glucose into DNA, respectively. The results indicate that part of hydrogen peroxide consumption by tsa1 Delta tsa2 Delta cells is mediated by induced Sod1, which oxidizes ethanol to the 1-hydroxyethyl radical, which, in turn, leads to increased DNA damage. Overall, our studies provide a pathway to account for the hypermutability of peroxiredoxin-null strains.

A ditryptophan cross-link is responsible for the covalent dimerization of human superoxide dismutase 1 during its bicarbonate-dependent peroxidase activity

Unlike intermolecular disulfide bonds, other protein cross-links arising from oxidative modifications cannot be reversed and are presumably more toxic to cells because they may accumulate and induce protein aggregation. However, most of these irreversible protein cross-links remain poorly characterized. For instance, the antioxidant enzyme human superoxide dismutase 1 (hSod1) has been reported to undergo non-disulfide covalent dimerization and further oligomerization during its bicarbonate-dependent peroxidase activity. The dimerization was shown to be dependent on the oxidation of the single, solvent-exposed TrP(32) residue of hSod1, but the covalent dimer was not isolated nor was its structure determined. In this work, the hSod1 covalent dimer was isolated, digested with trypsin in H(2)O and H(2)(18)O, and analyzed by UV-Vis spectroscopy and mass spectrometry (MS). The results demonstrate that the covalent dimer consists of two hSod1 subunits cross-linked by a ditryptophan, which contains a bond between C3 and N1 of the respective Trp(32) residues. We further demonstrate that the cross-link cleaves under usual MS/MS conditions leading to apparently unmodified Trp(32), partially hinders proteolysis, and provides a mechanism to explain the formation of hSod1 covalent trimers and tetramers. This characterization of the covalent hSod1 dimer identifies a novel oxidative modification of protein Trp residues and provides clues for studying its occurrence in vivo. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Increased SOD1 association with chromatin, DNA damage, p53 activation, and apoptosis in a cellular model of SOD1-linked ALS

Mutations in the gene encoding cytosolic Cu,Zn-superoxide dismutase (SOD1) have been linked to familial amyotrophic lateral sclerosis (FALS). However the molecular mechanisms of motor neuron death are multifactorial and remain unclear. Here we examined DNA damage;p53 activity and apoptosis in SH-SY5Y human neuroblastoma cells transfected to achieve low-level expression of either wild-type or mutant Gly(93) --> Ala (G93A) SOD1, typical of FALS. DNA damage was investigated by evaluating the levels of 8-oxo-7,8-dihydro-2`-deoxyguanosine (8-oxodGuo) and DNA strand breaks. Significantly higher levels of DNA damage, increased p53 activity, and a greater percentage of apoptotic cells were observed in SH-SY5Y cells transfected with G93A SOD1 when compared to cells overexpressing wild-type SOD1 and untransfected cells. Western blot, FACS, and confocal microscopy analysis demonstrated that G93A SOD1 is present in the nucleus in association with DNA. Nuclear G93A SOD1 has identical superoxide dismutase activity but displays increased peroxidase activity when compared to wild-type SOD1. These results indicate that the G93A mutant SOD1 association with DNA might induce DNA damage and trigger the apoptotic response by activating p53. This toxic activity of mutant SOD1 in the nucleus may play an important role in the complex mechanisms associated with motor neuron death observed in ALS pathogenesis. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.