Mutations in FUS, an RNA-binding protein involved in multiple steps of RNA metabolism, are associated with the most severe forms of amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Accumulation of cytoplasmic FUS is likely to be a major culprit in the toxicity of FUS mutations. Thus, preventing cytoplasmic mislocalization of the FUS protein may represent a valuable therapeutic strategy. FUS binds to its own pre-mRNA creating an autoregulatory loop efficiently buffering FUS excess through multiple proposed mechanisms including retention of introns 6 and/or 7. Here, we introduced a wild-type FUS gene allele, retaining all intronic sequences, in mice whose heterozygous or homozygous expression of a cytoplasmically retained FUS protein (Fus∆NLS) was previously shown to provoke ALS-like disease or postnatal lethality, respectively. Wild-type FUS completely rescued the early lethality caused by the two Fus∆NLS alleles, and improved the age-dependent motor deficits and reduced lifespan caused by heterozygous expression of mutant FUS∆NLS. Mechanistically, wild-type FUS decreased the load of cytoplasmic FUS, increased retention of introns 6 and 7 in the endogenous mouse Fus mRNA, and decreased expression of the mutant mRNA. Thus, the wild-type FUS allele activates the homeostatic autoregulatory loop, maintaining constant FUS levels and decreasing the mutant protein in the cytoplasm. These results provide proof of concept that an autoregulatory competent wild-type FUS expression could protect against this devastating, currently intractable, neurodegenerative disease.

中文翻译：

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野生型 FUS 通过自动调节纠正由细胞质突变 FUS 诱导的 ALS 样疾病

FUS 是一种参与 RNA 代谢多个步骤的 RNA 结合蛋白，其突变与最严重的肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 相关。细胞质 FUS 的积累可能是 FUS 突变毒性的主要原因。因此，防止 FUS 蛋白的细胞质错误定位可能代表一种有价值的治疗策略。FUS 与其自身的前 mRNA 结合，通过多种提议的机制（包括保留内含子 6 和/或 7）有效地缓冲 FUS 过量的自动调节环。在这里，我们在小鼠中引入了保留所有内含子序列的野生型 FUS 基因等位基因，其细胞质保留的 FUS 蛋白 (FusΔNLS) 的杂合子或纯合子表达分别被证明会引发 ALS 样疾病或产后致死率。野生型FUS完全挽救了由两个FusΔNLS等位基因引起的早期致死性，并改善了由突变FUSΔNLS杂合表达引起的年龄依赖性运动缺陷和寿命缩短。从机制上讲，野生型 FUS 降低了细胞质 FUS 的负荷，增加了内源性小鼠 Fus mRNA 中内含子 6 和 7 的保留，并降低了突变 mRNA 的表达。因此，野生型 FUS 等位基因激活稳态自动调节环，维持恒定的 FUS 水平并减少细胞质中的突变蛋白。这些结果提供了概念证明，即具有自动调节能力的野生型 FUS 表达可以预防这种破坏性的、目前难以处理的神经退行性疾病。并改善了由突变 FUSΔNLS 杂合表达引起的年龄依赖性运动缺陷和寿命缩短。从机制上讲，野生型 FUS 降低了细胞质 FUS 的负荷，增加了内源性小鼠 Fus mRNA 中内含子 6 和 7 的保留，并降低了突变 mRNA 的表达。因此，野生型 FUS 等位基因激活稳态自动调节环，维持恒定的 FUS 水平并减少细胞质中的突变蛋白。这些结果提供了概念证明，即具有自动调节能力的野生型 FUS 表达可以预防这种破坏性的、目前难以处理的神经退行性疾病。并改善了由突变 FUSΔNLS 杂合表达引起的年龄依赖性运动缺陷和寿命缩短。从机制上讲，野生型 FUS 降低了细胞质 FUS 的负荷，增加了内源性小鼠 Fus mRNA 中内含子 6 和 7 的保留，并降低了突变 mRNA 的表达。因此，野生型 FUS 等位基因激活稳态自动调节环，维持恒定的 FUS 水平并减少细胞质中的突变蛋白。这些结果提供了概念证明，即具有自动调节能力的野生型 FUS 表达可以预防这种破坏性的、目前难以处理的神经退行性疾病。并降低突变mRNA的表达。因此，野生型 FUS 等位基因激活稳态自动调节环，维持恒定的 FUS 水平并减少细胞质中的突变蛋白。这些结果提供了概念证明，即具有自动调节能力的野生型 FUS 表达可以预防这种破坏性的、目前难以处理的神经退行性疾病。并降低突变mRNA的表达。因此，野生型 FUS 等位基因激活稳态自动调节环，维持恒定的 FUS 水平并减少细胞质中的突变蛋白。这些结果提供了概念证明，即具有自动调节能力的野生型 FUS 表达可以预防这种破坏性的、目前难以处理的神经退行性疾病。