Neuronal uptake and subsequent spread of proteopathic seeds, such as αS (alpha-synuclein), Tau, and TDP-43, contribute to neurodegeneration. The cellular machinery participating in this process is poorly understood. One proteinopathy called multisystem proteinopathy (MSP) is associated with dominant mutations in Valosin Containing Protein (VCP). MSP patients have muscle and neuronal degeneration characterized by aggregate pathology that can include αS, Tau and TDP-43. We performed a fluorescent cell sorting based genome-wide CRISPR-Cas9 screen in αS biosensors. αS and TDP-43 seeding activity under varied conditions was assessed using FRET/Flow biosensor cells or immunofluorescence for phosphorylated αS or TDP-43 in primary cultured neurons. We analyzed in vivo seeding activity by immunostaining for phosphorylated αS following intrastriatal injection of αS seeds in control or VCP disease mutation carrying mice. One hundred fifty-four genes were identified as suppressors of αS seeding. One suppressor, VCP when chemically or genetically inhibited increased αS seeding in cells and neurons. This was not due to an increase in αS uptake or αS protein levels. MSP-VCP mutation expression increased αS seeding in cells and neurons. Intrastriatal injection of αS preformed fibrils (PFF) into VCP-MSP mutation carrying mice increased phospho αS expression as compared to control mice. Cells stably expressing fluorescently tagged TDP-43 C-terminal fragment FRET pairs (TDP-43 biosensors) generate FRET when seeded with TDP-43 PFF but not monomeric TDP-43. VCP inhibition or MSP-VCP mutant expression increases TDP-43 seeding in TDP-43 biosensors. Similarly, treatment of neurons with TDP-43 PFFs generates high molecular weight insoluble phosphorylated TDP-43 after 5 days. This TDP-43 seed dependent increase in phosphorlyated TDP-43 is further augmented in MSP-VCP mutant expressing neurons. Using an unbiased screen, we identified the multifunctional AAA ATPase VCP as a suppressor of αS and TDP-43 aggregate seeding in cells and neurons. VCP facilitates the clearance of damaged lysosomes via lysophagy. We propose that VCP’s surveillance of permeabilized endosomes may protect against the proteopathic spread of pathogenic protein aggregates. The spread of distinct aggregate species may dictate the pleiotropic phenotypes and pathologies in VCP associated MSP.

中文翻译：

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VCP 抑制神经元中的蛋白病播种

神经元摄取和随后传播的蛋白病种子，如 αS（α-突触核蛋白）、Tau 和 TDP-43，会导致神经变性。参与这一过程的细胞机制知之甚少。一种称为多系统蛋白病 (MSP) 的蛋白病与含缬新肽 (VCP) 的显性突变有关。MSP 患者有肌肉和神经元退化，其特征是聚集病理学，包括 αS、Tau 和 TDP-43。我们在 αS 生物传感器中进行了基于荧光细胞分选的全基因组 CRISPR-Cas9 筛选。使用 FRET/Flow 生物传感器细胞或免疫荧光评估原代培养神经元中磷酸化的 αS 或 TDP-43，评估不同条件下的 αS 和 TDP-43 播种活性。我们通过在对照或携带 VCP 疾病突变的小鼠中纹状体内注射 αS 种子后对磷酸化 αS 进行免疫染色来分析体内播种活性。一百五十四个基因被鉴定为αS播种的抑制因子。一种抑制因子 VCP 在化学或遗传抑制时会增加细胞和神经元中的 αS 播种。这不是由于 αS 摄取或 αS 蛋白水平的增加。MSP-VCP 突变表达增加了细胞和神经元中的 αS 播种。与对照小鼠相比，将 αS 预制原纤维 (PFF) 注射到携带 VCP-MSP 突变的小鼠体内可增加磷酸化 αS 表达。稳定表达荧光标记的 TDP-43 C 端片段 FRET 对（TDP-43 生物传感器）的细胞在接种 TDP-43 PFF 而不是单体 TDP-43 时会产生 FRET。VCP 抑制或 MSP-VCP 突变体表达增加了 TDP-43 生物传感器中的 TDP-43 播种。同样，用 TDP-43 PFF 处理神经元 5 天后会产生高分子量不溶性磷酸化 TDP-43。磷酸化 TDP-43 的这种 TDP-43 种子依赖性增加在表达 MSP-VCP 突变体的神经元中进一步增强。使用无偏筛选，我们将多功能 AAA ATP 酶 VCP 鉴定为细胞和神经元中 αS 和 TDP-43 聚集体播种的抑制剂。VCP 通过溶食作用促进受损溶酶体的清除。我们建议 VCP 对透化内体的监测可以防止致病蛋白聚集体的蛋白病扩散。不同聚集体物种的传播可能决定了 VCP 相关 MSP 的多效表型和病理。同样，用 TDP-43 PFF 处理神经元 5 天后会产生高分子量不溶性磷酸化 TDP-43。磷酸化 TDP-43 的这种 TDP-43 种子依赖性增加在表达 MSP-VCP 突变体的神经元中进一步增强。使用无偏筛选，我们将多功能 AAA ATP 酶 VCP 鉴定为细胞和神经元中 αS 和 TDP-43 聚集体播种的抑制剂。VCP 通过溶食作用促进受损溶酶体的清除。我们建议 VCP 对透化内体的监测可以防止致病蛋白聚集体的蛋白病扩散。不同聚集体物种的传播可能决定了 VCP 相关 MSP 的多效表型和病理。同样，用 TDP-43 PFF 处理神经元 5 天后会产生高分子量不溶性磷酸化 TDP-43。磷酸化 TDP-43 的这种 TDP-43 种子依赖性增加在表达 MSP-VCP 突变体的神经元中进一步增强。使用无偏筛选，我们将多功能 AAA ATP 酶 VCP 鉴定为细胞和神经元中 αS 和 TDP-43 聚集体播种的抑制剂。VCP 通过溶食作用促进受损溶酶体的清除。我们建议 VCP 对透化内体的监测可以防止致病蛋白聚集体的蛋白病扩散。不同聚集体物种的传播可能决定了 VCP 相关 MSP 的多效表型和病理。磷酸化 TDP-43 的这种 TDP-43 种子依赖性增加在表达 MSP-VCP 突变体的神经元中进一步增强。使用无偏筛选，我们将多功能 AAA ATP 酶 VCP 鉴定为细胞和神经元中 αS 和 TDP-43 聚集体播种的抑制剂。VCP 通过溶食作用促进受损溶酶体的清除。我们建议 VCP 对透化内体的监测可以防止致病蛋白聚集体的蛋白病扩散。不同聚集体物种的传播可能决定了 VCP 相关 MSP 的多效表型和病理。磷酸化 TDP-43 的这种 TDP-43 种子依赖性增加在表达 MSP-VCP 突变体的神经元中进一步增强。使用无偏筛选，我们将多功能 AAA ATP 酶 VCP 鉴定为细胞和神经元中 αS 和 TDP-43 聚集体播种的抑制剂。VCP 通过溶食作用促进受损溶酶体的清除。我们建议 VCP 对透化内体的监测可以防止致病蛋白聚集体的蛋白病扩散。不同聚集体物种的传播可能决定了 VCP 相关 MSP 的多效表型和病理。VCP 通过溶食作用促进受损溶酶体的清除。我们建议 VCP 对透化内体的监测可以防止致病蛋白聚集体的蛋白病扩散。不同聚集体物种的传播可能决定了 VCP 相关 MSP 的多效表型和病理。VCP 通过溶食作用促进受损溶酶体的清除。我们建议 VCP 对透化内体的监测可以防止致病蛋白聚集体的蛋白病扩散。不同聚集体物种的传播可能决定了 VCP 相关 MSP 的多效表型和病理。