Å undersøke hvordan TFEB påvirker NAD+ regulert i livtilstand og helsetilstand hos C. elegans

Abstract

Alderdom er argumentertbart den største riskfaktoren for ordinære sykdommer som kreft, diabetes, og nevrodegenerative sykdommer. Vi trer inn i et aldrende samfunn som bringer formidable sosioøkonomiske utfordringer. Det er viktig å forstå de molekylære mekanismene av alderdom siden disse gir forebyggende og terapeutiske ledetråder for slike alderdoms disponerte sykdommer. Hoved kjennetegn av alderdom inkluderer tap av proteostase, hemmet makroautofagi, og dysfunksjonell mitokondria. Demens påvirker omtrent 55 millioner mennesker der 70% av tilfellene er Alzheimers. Alzheimers er den mest vanlige nevrodegenererende sykdommen uten en kur. De to Alzheimers-definerende patologiske egenskaper er amyloid-β (Aβ) plakk og intracellulære fibrillære floker (NFT, oppbygd hovedsakelig av fosforylert tau proteiner). Tidligere studier av Evandro Fang laboratoriet og andre viser at restaurering av mitokondriell homeostase, via eliminering av skadde mitokondria gjennom mitokondriell autofagi (mitofagi), inhiberte både Aβ og tau patologier og/eller forhindret minnetap i forskjellige Alzheimers dyremodeller og i Alzheimers pasienter iPSC-avledet nerver. Makrofagi (herunder referert til som autofagi), er den prosessen av cellulær gjenkjenning, oppsluking, og lysosomalt degradering av subcellulære skadde og unødvendige organeller og komponenter, slikt som proteiner; mitofagi er en subtype av autofagi, hvor celler eliminere skadde eller overflødig mitokondrie via lysosomalt degradering. Transkripsjonsfaktoren EB (TFEB) er en hoved regulator for lysosomalt biogenese, og er en viktig transkripsjonsfaktor for autofagi. TFEB defosforylering er formidlet av proteiner som GSK3β (som også driver tau patologi i Alzheimers) og mekanistisk mål for Rapamycin Kompleks 1 (mTORC1). I alzheimers, mitofagi (inkludert initiering av lysosomal funksjon) er kompromittert, mens farmakologiske inngrep, som ved tilskudd av NAD+ forløpere, gjenoppretter mitofagi som fører til inhibering av Alzheimers patologi i dyremodeller. I dette masteroppgave prosjektet ble det spurt om NAD+-avhengig anti-Alzheimers potensial var igjennom TFEB (i rundormen C. elegans ortolog HLH-30). Vi sjekket effektene på levetilstand og helsetilstand av NAD+-forløper Nikotinamid mononukleotid (NMN) og hlh-30/TFEB i ormer. Stammene brukt var villtype N2, en tau patologisk stamme med pan-nevronel uttrykning av menneskelig tau mutant hTau[P301L] (CK12), en tau stamme med allestedsnærværende mutasjon av hlh-30/TFEB (EFF033:hlh30(tm1978);hTau[P301L]), og en tau stamme med pan-nevronel overuttrykking av villtype hlh-30/TFEB (EFF030: hlh30(+ neuronal); hTau[P301L]). Våre data viser at NMN og pan-nevronel overuttrykking av villtype hlh-30/TFEB øke levetilstanden og helsetilstanden i CK12 tau ormer; uforventet, hlh30/TFEB mutasjonen også økte helsetilstanden i CK12 tau ormer. Dette kan være på grunn av aktivering av kompensasjons vei som for eksempel ubiqvitin-proteosom system (UPS), men videre forskning er trengt. Kollektivt, våre data foreslår at TFEB kan ha en vitkig rolle i NAD+-avhengig anti-Alzheimers potensial, noe som kan vise til mulige kliniske applikasjoner.

Ageing is arguably the biggest risk factor for common diseases such as cancer, diabetes, and neurodegenerative diseases. We are now entering into an ageing society which brings formidable socio-economic challenges. It is important to understand the molecular mechanisms of ageing as they provide preventive and therapeutic clues on such age-predisposed diseases. Key hallmarks (drivers) of ageing include loss of proteostasis, disabled macroautophagy, and dysfunctional mitochondria. Dementia affects approximately 55 million people with 70% are Alzheimer’s. Alzheimer’s Disease (AD) is the most common neurodegeneration without a cure. The two AD-defining pathological features are amyloid-β (Aβ) plaques and intracellular fibrillary tangles (NFT, composed majorly of phosphorylated tau proteins). Previous studies from the Evandro Fang laboratory and other show that restoration of mitochondrial homeostasis, via eliminating damaged mitochondria though mitochondrial autophagy (mitophagy), inhibited both Aβ and tau pathologies and/or forestalled memory loss in different AD animal models and in AD patient iPSC-derived neurons. Macroautophagy (hereafter referred to as autophagy), is the process of cellular recognition, engulfment, and lysosomal degradation of subcellular damaged and unneeded organelles and components, such as proteins; mitophagy is a sub-type of autophagy, whereby cell eliminate damaged and superfluous mitochondria via lysosomal degradation. The transcription factor EB (TFEB) is a master regulator of lysosomal biogenesis, and an important transcription factor for autophagy. TFEB dephosphorylation is mediated by proteins like GSK3β (which drives tau pathology in AD) and mechanistical Target of Rapamycin Complex 1 (mTORC1). In AD, mitophagy (including initiation and lysosomal function) is compromised, while pharmacological approaches, such as the supplementation with NAD+ precursors, restore mitophagy leading to inhibition of AD pathologies in animal models. In this master thesis project, we asked whether NAD+-dependent anti-AD potential was through TFEB (the roundworm C. elegans ortholog HLH-30). We checked the effects on lifespan and healthspan by NAD+ precursor Nicotinamide mononucleotide (NMN) and hlh-30/TFEB in worms. The strains used were wild type N2, a Tau pathology strain with pan-neuronal expression of the human tau mutant hTau[P301L] (CK12), a tau strain with ubiquitous mutation of hlh-30/TFEB (EFF033:hlh30(tm1978);hTau[P301L]), and a Tau strain with pan-neuronal overexpression of WT hlh-30/TFEB (EFF030: hlh30(+ neuronal); hTau[P301L]). Our data show that NMN and pan-neuronal overexpression of WT hlh-30/TFEB extended lifespan and healthspan in CK12 Tau worms; unexpected, hlh-30/TFEB mutation also extended lifespan in the CK12 Tau worms, this couls be due to the activation of compensatory pathways such as ubiquitin-proteosome system (UPS) system, with further investigations needed. Collectively, our data suggest that TFEB may play an essential role in NAD+-dependent anti-AD potential, shedding light on possible clinical applications.