La TDP-43 (proteïna d'unió a l'ADN TAR 43) pertany a la família de proteïnes nuclears hnRNP d'unió a l'ARN que s'uneix a la ubiqüitina. També s'acobla i interactua amb l'ADN en la regulació de la transcripció. Està codificada pel gen TARDBP i està fortament implicada en el processament i regulació de l'ARN. Participa en la transcripció, la traducció, l'splicing i l'estabilitat de l'àcid ribonucleic.Corbet GA, Wheeler JR, Parker R, Weskamp K. TDP43 ribonucleoprotein granules: physiologic function to pathologic aggregates. RNA Biol. 2021 Oct 15;18(sup1):128-138. doi: 10.1080/15476286.2021.1963099. Epub 2021 Aug 19. PMID: 34412568; PMCID: PMC8677035.
Descoberta La proteïna TDP-43 va ser descoberta per un equip d'investigació dirigit pels doctors: John Trojanowski, Virginia Man-Yee Lee i Mark Forman a la universitat de Pensilvània l'any 2006. Aquesta es va identificar per primera vegada quan s'estaven estudiant les inclusions de proteïnes anormals responsables de la malaltia d'Alzheimer i demències relacionades(Alzheimer's Disease and Alzheimer's Disease Related Dementias o AD/ADRD en anglès). Es va descobrir que aquestes inclusions estaven constituïdes, entre d'altres, per les TDP-43. Més endavant, també es va observar la seva existència en l'ateroesclerosi (ELA). Aquesta descoberta va permetre relacionar l'alzheimer i la ELA en l'àmbit molecular. Per aquesta raó, són considerades part d'un espectre de malalties neurodegeneratives relacionades amb l'acumulació de TDP-43. El descobriment d'aquesta proteïna ha sigut de gran importància per les seves posteriors aplicacions diagnòstiques en neuropatologies.Neumann M, et al. Ubiquitinated TDP-43 in frontotemporal lobar degeneration and amyotrophic lateral sclerosis. Science. 2006;314(5796):130–133. doi: 10.1126/science.1134108.PMID: 19333444; PMCID: PMC2662455.
Composició i estructura miniatura|La proteïna TDP-43 està composta pel domini N-terminal (NTS), dos RRM's i un domini C-terminal (CTD). El primer domini va del primer aminoàcid al 104, els RRM van del 104 al 262 i, finalment, el CTD del 262 a l'aminoàcid 414. La proteïna TDP-43 està codificada pel gen TARDBP, el qual es troba al cromosoma 1p36.22, on 5 exons codifiquen la proteïna.Alberto J. TDP-43 y su incidencia en demencias degenerativas. Neurol. Argent. 2021;13(1):37-47. doi: 10.1016/j.neuarg.2020.07.001.ISSN: 1853-0028. Presenta dues isoformes, les quals estan produïdes per un splicing alternatiu. Donat aquest cas es pren com a seqüència canònica aquella que està constituïda per 414 aminoàcids i té una massa de 44,740 Da (Dalton). Aquesta estructura és la que reflecteix l'elecció més comuna globalment de la seqüència. L'altre isoforma, en canvi, està formada per 298 aminoàcids amb una massa total de 31,808 Da. Les diferències entre isoformes es troben entre els aminoàcids 1-18, els quals formen seqüències diferents, i per la falta de l'aminoàcid 19 fins al 134 que sí que es troben en la isoforma descrita primerament i no en la de seqüència més curta. Donades aquestes variacions es donen aquestes dues estructures possibles per a la proteïna TDP-43.
Pel que fa a la seva disposició tridimensional, sol disposar-se formant conformacions globulars en les quals es troben cinc làmines beta i dues 𝝰-hèlix entortolligades entre si.
Estructuralment, està constituïda per un domini N-Terminal (NTD), dos motius reconeixedors d'RNA (RRM) i un domini C-terminal (CTD). A més a més, també s'hi troba un lloc autoregulador amb un servomecanisme negatiu i els senyals d'importació i exportació al nucli NLS i NES, respectivament.
Domini N-terminal L'estructura secundària del domini N-terminal de les TDPs-43 està formada per sis cadenes beta. Aquest domini és clau en el seu procés de dimerització. Després d'aquesta regió, es troba una seqüència NLS que enllaça el domini N-terminal amb el motiu de reconeixement d'ARN 1 (RRM1). La dimerització de la TDP-43 depèn exclusivament del domini N. S'ha descobert que encara que s'extragui l'extrem C-terminal de la proteïna, aquesta serà capaç de formar el dímer. S'ha observat que la interrupció o formació errònia del dímer produeix fragments anormals de RRM2 amb les seves cadenes beta exposades. Aquestes cadenes poden agregar-se formant inclusions tòxiques.Wang YT, Kuo PH, Chiang CH, Liang JR, Chen YR, Wang S, Shen JC, Yuan HS. The truncated C-terminal RNA recognition motif of TDP-43 protein plays a key role in forming proteinaceous aggregates. J Biol Chem. 2013 Mar 29;288(13):9049-57. doi: 10.1074/jbc.M112.438564. Epub 2013 Jan 31. PMID: 23372158; PMCID: PMC3610977. El senyal de localització nuclear adjacent a RRM1 regula la formació de LLPS (liquid-liquid phase separation).Lang R, Hodgson RE, Shelkovnikova TA. TDP-43 in nuclear condensates: where, how, and why. Biochem Soc Trans. 2024 Aug 28;52(4):1809-1825. doi: 10.1042/BST20231447. PMID: 38958608.
Domini C-terminal El Domini C-terminal es caracteritza per ser un domini de baixa complexitat ric en glicina del qual aproximadament el 80% està desordenat, és a dir que la TDP-43 presenta una estructura amb una regió intrínsecament desordenada. En aquest domini s'hi troba una hèlix-α conservada evolutivament, per això també es coneix com a regió conservada, i és imprescindible per a poder establir interaccions amb altres proteïnes i poder formar-se LLPS. També s'han identificat en el domini C-Terminal quatre LARKS (segments retorçats rics en aminoàcids aromàtics de baixa complexitat) que duen a terme interaccions làbils i també participen en la separació de fases líquid-líquid.
RRM La TDP-43 té dos motius reconeixedors d'RNA (RRM), els quals conformen el domini d'unió d'RNA a la proteïna. L'RMM1 i l'RMM2 es disposen l'un al costat de l'altre en la cadena i poden unir cada un repeticions de cinc UG. Les prolongacions d'UG més allargades permeten la separació de fases i la cooperació d'unió.
center|marc|Seqüència d'aminoàcids de la TDP-43. Marcats segons la llegenda, es poden veure els dominis de l'NLS,NES, RRM1 i RRM2.
Modificacions posttraduccionals Una proteïna després de traduir-se pot patir diverses modificacions per acabar de sintetitzar-se. En el cas de la TDP-43 és un pas clau, ja que d'aquestes modificacions en depèn el control correcte, o no, del seu comportament de condensació i associació de condensats nuclears. Els canvis posttraduccionals tenen una funció reguladora en la proteïna. Només que es canviï un residu de la cadena polipeptídica ja es poden apreciar els canvis en les propietats fisicoquímiques de la TDP-43. Un exemple molt clar és la fosforilació de la serina; sigui a l'NTD o al CTD, aquesta reacció modula les interaccions homotípiques (autoacoblament) i LLPS. Com a conseqüència, hi ha una interrupció de la condensació; si hi ha un excés de fosforilació en el CTD a causa de l'estrès, la condensació disminueix i els condensats de TDP-43 que es formen són més líquids i no es produeixen canvis en la unió a RNA.
Un altre exemple és l'acetilació de la lisina en els RRM; aquesta reacció interromp la unió de la TDP-43 amb l'RNA i, conseqüentment, es formen agregats nuclears de TDP-43.
Com es pot veure, els canvis posttraduccionals no només porten canvis en la seva composició/ estructura, sinó també canvis funcionals, els quals poden ser patògens.
Ubiqüitinació En el cas de la TDP-43, la ubiqüitinació és un dels canvis que es produeixen en la proteïna. En aquest procés s'uneixen covalentment una o varies ubiqüitines a la cadena polipeptídica.
Les ubiqüitines desenvolupen diferents funcions en unir-se a les proteïnes, provocant que aquesta adopti diferents comportaments i característiques, com per exemple, canviar de localització, inactivar-se… En el cas específic de la seva unió amb la TDP-43, les ubiqüitines a la cadena polipeptídica funcionen com a reguladores, marquen la proteïna per a la seva degradació en el proteasoma. Amb aquest marcatge, si es dona de la manera corresponent, s'aconsegueixen remoure els excessos i proteïnes TDP-43 defectuoses, un fet crucial per evitar patologies i especialment malalties neurodegeneratives on la TDP-43 normalment s'hi troba mal plegada i formant agregats al citoplasma. Jo M, Lee S, Jeon Y, Kim S, Kwon Y, Kim H. The role of TDP-43 propagation in neurodegenerative diseases: integrating insights from clinical and experimental studies. Exp Mol Med. 2020 Oct;52(10):1652-1662. doi: 10.1038/s12276-020-00465-1.
En aquesta ubiqüitinació actuen tres enzims diferents:
E1 d'activació E2 de conjugació E3, el qual guia a l'E2 perquè s'uneixi de manera correcta i específica a la proteïna corresponent. La TDP-43 pot ser ubiqüitinada en diferents residus de la seva cadena, generalment en aquells que formen part de la regió C-Terminal, ja que és una zona que juga un paper molt important en la interacció de la TDP-43 amb altres proteïnes i la seva regulació en el nucli i citoplasma.Liao YZ, Ma J, Dou JZ. The Role of TDP-43 in Neurodegenerative Disease. Mol Neurobiol. 2022 Jul;59(7):4223-4241. doi: 10.1007/s12035-022-02847-x. Epub 2022 May 2. PMID: 35499795.
Com s'ha esmentat anteriorment, la ubiqüitinació té un rol molt important en la patologia; si la ubiqüitinació no és suficient per enviar la proteïna a degradar o està alterada provoca que la TDP-43 s'acumuli i formi agregats tòxics per a la cèl·lula. És per aquest motiu que aquest canvi posttraduccional no és només important perquè facilita la seva degradació, sinó que també manté l'homeòstasi entre el comportament normal i patològic de la TDP-43.
Funció La TDP-43 està involucrat en diferents etapes del metabolisme de l'ARN, com ara: la transcripció, traducció, transport d'ARNm, estabilització d'ARNm, processament de microARN (miARN) i ARN llarg no codificant (lncRNA). S'uneix a aquest ARN mitjançant les bases UG repetitives de regions d'introns. També està present en processos de transport i estabilització d'alguns ARN i exerceix una influència en el metabolisme de l'ARN en casos d'estrès tèrmic, mecànic o tòxic.Passoni M, de Conti L, Baralle M, Buratti E. UG repeats/TDP-43 interactions near 5' splice sites exert unpredictable effects on splicing modulation. J Mol Biol. 2012;415:46-60. doi: 10.1016/j.jmb.2011.10.014. A més, exerceix un paper en el manteniment de l'homeòstasi mitocondrial en regular el processament de les transcripcions mitocondrials. Participa també en la formació i regeneració normal del múscul esquelètic, formant miogrànuls citoplasmàtics i unint ARNm que codifiquen proteïnes sarcomèriques.Šušnjar, U., Škrabar, N., Brown, A.-L., Abbassi, Y., & Phatnani, H. (2022). Cell environment shapes TDP-43 function with implications in neuronal and muscle disease. Communications Biology, 5(1), Article 160. https://doi.org/10.1038/s42003-022-03253-8
Transcripció de gens La TDP-43 és una proteïna expressada en gairebé tots els teixits que s'han preservat entre mamífers i invertebrats. S'uneix tant a l'ARNm com a l'ADN, regulant l'empalmament, la traducció de l'ARNm i la transcripció de gens. Es poden identificar dos motius de reconeixement d'ARN, anomenats RRM1 i RRM2. Aquests són capaços d'unir-se a àcids nucleics i a una regió rica en glicina que conté la majoria de les mutacions dels ARNm relacionades amb l'ELA.Cohen, T. J., Lee, V. M. Y., & Trojanowski, J. Q. (2011). TDP-43 functions and pathogenic mechanisms implicated in TDP-43 proteinopathies. Trends in Molecular Medicine, 17(11), 659–667. https://doi.org/10.1016/j.molmed.2011.06.004
Regula els patrons d'empalmament de les transcripcions de diversos gens importants, com el regulador de la conductància transmembrana de la fibrosi quística (CFTR), TARDBP, FUS, SNCA (α-sinucleïna), HTT (Huntingtina) i APP (proteïna precursora amiloide).
A més de regular la síntesi i els metabolismes de l'ARN, la TDP-43 té un paper important en els processos d'inhibició de la transcripció d'alguns gens.
Traducció