Characterization of ELP3 as a Disease Modifier of Amyotrophic Lateral Sclerosis

Abstract

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is the most common motor neuron disease in adults. It is a spontaneous and relentlessly progressive disease caused by motor neuron degeneration. Previous studies based on familiar ALS (FALS) cases have identified mutations in several genes, such as SOD1, C9orf72, TDP43 or FUS/TLS, which cause the characteristic phenotypes in ALS2,4. However, more recently, susceptibility to develop neurodegenerative disorders has been associated with genetic modulators. This disease modifiers are thought to modulate the phenotype induced by the causal genes. Elongator Protein 3 (ELP3), a subunit of the RNA elongator complex, was found to correlate with ALS1. This protein is required for RNA processing, as part of the RNA polymerase II complex. Besides its role in RNA elongation, it is also involved in tRNA wobble nucleosides modification5,6. The role of ELP3 on RNA biology suggests it can be an important feature in the pathophysiology of this neurodegenerative disease. ELP3 role as an ALS modifier has not been investigated before, constituting the aim of this project. Therefore, modulation of ELP3 expression was investigated in the SOD1 mouse and in a C9orf72 repeat expansion zebrafish model. Additionally, the molecular mechanisms underlying the neuroprotective role of ELP3 were also assessed, with focus on ELP3 capacity to modify tRNAs at the wobble position. The results show that overexpression of human ELP3 in the SOD1G93A mouse prolonged the survival. Moreover, in a C9orf72 zebrafish model, human ELP3 overexpression partially prevented the axonopathy induced by the 66x(G4C2) repeat expansion. Finally, the molecular mechanism underlying the ELP3 protective role still remains to be clarified, since the data obtained were inconclusive.

A Esclerose lateral amiotrófica (ALS) é a doença do neurónio motor mais comum em adultos. É uma doença progressiva espontânea e implacável causada por degeneração dos neurónios motores. Estudos anteriores baseados em casos de ALS familiar (FALS) identificaram mutações em diversos genes, entre eles o SOD1, C9orf72, TDP43 e FUS/TLS, que causam os fenótipos característicos da ALS. No entanto, mais recentemente, a suscetibilidade para o desenvolvimento de doenças neurodegenerativas foi associado a moduladores genéticos. Pensa-se que estes modificadores da doença irão modular o fenótipo induzido pelos genes causais. Foi encontrada uma relação entre a proteína de elongação 3 (ELP3), uma subunidade do complexo elongador de RNA, e a ALS. Esta proteína é necessária para o processamento do RNA, como parte do complexo de RNA polimerase II. Além do seu papel na elongação do RNA, está também envolvido na modificação wobble de nucleosídeos nos tRNA. A função do ELP3 na biologia do RNA sugere que poderá ser uma parte importante na fisiopatologia desta doença neurodegenerativa. O papel da ELP3 na modificação da ALS não foi investigado anteriormente, sendo este o objetivo do presente trabalho. Deste modo, foi investigada a modulação da expressão do ELP3 no camundongo SOD1 e no modelo de peixe zebra C9orf72. Adicionalmente, foi testado também o mecanismo molecular subjacente ao papel neuroprotetor da ELP3, focando na capacidade da ELP3 de modificar tRNAs na posição wobble. Os resultados revelam que a sobre-expressão da ELP3 humana no modelo SOD1 prolonga a sobrevivência. Adicionalmente, no modelo de peixes zebra C9orf72, a sobre expressão da ELP3 humana previne parcialmente a axonopatia induzida pela expansão das repetições 66x(G4C2). Além do mais, o mecanismo molecular responsável pelo efeito protetor da ELP3 permanece ainda por clarificar, uma vez que os resultados obtidos foram inconclusivos.