Cofilin过度磷酸化触发散发性肌萎缩侧索硬化中的TDP-43病理

病理性TAR DNA结合蛋白43（TDP-43）形式，包括其异常错误定位至细胞质、包涵体形成、过度磷酸化和片段化，存在于约45%–50%的额颞叶痴呆和阿尔茨海默病个体以及大多数（97%）肌萎缩侧索硬化（ALS）病例中。因此，鉴定诱导TDP-43病理的机制对于神经退行性变及开发这些疾病的新治疗靶点至关重要。Cofilin是一种多功能蛋白，在调节肌动蛋白细胞骨架中起关键作用。肌动蛋白在树突棘、轴突生长锥和突触中具有重要的神经元特异性活动，并在两种形式之间保持恒定平衡：单体球状肌动蛋白（G-actin）和聚合丝状肌动蛋白（F-actin）。Cofilin通过解聚和切断肌动蛋白丝来控制肌动蛋白动力学。当cofilin被LIM激酶1（LIMK1）磷酸化（在丝氨酸3，Ser3位点）时，它变得无活性，导致产生更多的F-actin。Cofilin缺陷在其他神经退行性疾病中已有充分描述，但在ALS中则不同。我们检查了散发性ALS（SALS）患者死后脊髓组织、TDP-43 rNLS8转基因小鼠模型和表达细胞质TDP-43的NSC-34运动神经元细胞中cofilin的磷酸化和肌动蛋白动力学。通过药理学稳定F-actin以模拟cofilin过度磷酸化，并评估TDP-43病理。用不可磷酸化的cofilin S3A肽（MAAGVAVSDGVIKVFN）处理神经元细胞，并评估TDP-43病理和细胞凋亡。在此，我们显示与对照相比，在人类ALS和疾病模型中cofilin过度磷酸化。这在SALS患者和显示关键ALS表型的TDP-43小鼠模型（rNLS8）的脊髓运动神经元中检测到，也在表达细胞质TDP-43的运动神经元NSC-34细胞中检测到。支持这一观察，在SALS患者和TDP-43 rNLS8小鼠以及表达TDP-43的NSC-34细胞的皮层/脊髓裂解物中，相对于G-actin存在更多的F-actin。我们还显示，通过药理学稳定F-actin模拟cofilin过度磷酸化诱导了TDP-43病理：细胞质错误定位、包涵体形成、过度磷酸化和片段化，并促进其招募到应激颗粒（SGs）中。此外，我们在SALS患者中检测到LIMK1磷酸化和原肌球蛋白亚型4.1和4.2水平增加。这些发现揭示异常的cofilin过度磷酸化破坏肌动蛋白动力学，在SALS中触发TDP-43病理和SG招募。它们暗示预防cofilin磷酸化是适用于大多数ALS病例的新型治疗策略。与对照肽相比，用S3A肽处理神经元细胞预防了TDP-43病理特征和细胞凋亡。因此，这些发现描述了一种产生TDP-43病理的新型致病机制，适用于大多数ALS病例和其他神经退行性疾病。