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Live Imaging of Dense-core Vesicles in Primary Cultured Hippocampal Neurons

Observing and characterizing dynamic cellular processes can yield important information about cellular activity that cannot be gained from static images.  ...

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Erratum: Live Imaging of Dense-core Vesicles in Primary Cultured Hippocampal Neurons.

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The etiology of motor neuron degeneration in amyotrophic lateral sclerosis (ALS) remains to be better understood. Based on the studies from ALS patients and transgenic animal models, it is believed that ALS is likely to be a multifactorial and multisystem disease. Many mechanisms have been postulated to be involved in the pathology of ALS, such as oxidative stress, glutamate excitotoxicity, mitochondrial damage, defective axonal transport, glia cell pathology and aberrant RNA metabolism. Mitochondria, which play crucial roles in excitotoxicity, apoptosis and cell survival, have shown to be an early target in ALS pathogenesis and contribute to the disease progression. Morphological and functional defects in mitochondria were found in both human patients and ALS mice overexpressing mutant SOD1. Mutant SOD1 was found to be preferentially associated with mitochondria and subsequently impair mitochondrial function. Recent studies suggest that axonal transport of mitochondria along microtubules and mitochondrial dynamics may also be disrupted in ALS. These results also illustrate the critical importance of maintaining proper mitochondrial function in axons and neuromuscular junctions, supporting the emerging "dying-back" axonopathy model of ALS. In this review, we will discuss how mitochondrial dysfunction has been linked to the ALS variants of SOD1 and the mechanisms by which mitochondrial damage contributes to the disease etiology.

Mitochondrial dysfunction in amyotrophic lateral sclerosis.

Die &Auml;tiologie der Motorneuron Degeneration Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) noch besser zu verstehen. Basierend auf den Studien von ALS-Patienten und transgene Tiermodelle, wird angenommen, dass ALS eine multifaktorielle und multisystem-Erkrankung sein d&uuml;rfte. Viele Mechanismen haben postuliert worden, in der Pathologie des ALS, wie oxidativer Stress, Glutamat Exzitotoxit&auml;t, mitochondriale Sch&auml;den, defekte axonale Transport, Glia Zellularpathologie und aberrante RNA-Stoffwechsel einbezogen werden. Mitochondrien, die entscheidende Rolle in Exzitotoxit&auml;t, Apoptosis und Zelle &uuml;berleben spielen, haben gezeigt, um ein fr&uuml;hes Ziel ALS Pathogenese und dazu beitragen, das Fortschreiten der Krankheit. Morphologische und funktionelle M&auml;ngel in den Mitochondrien wurden sowohl die menschlichen Patienten als auch die ALS M&auml;use &uuml;berexprimierenden Mutante SOD1 gefunden. Mutierte SOD1 wurde festgestellt, dass Mitochondrien bevorzugt zugeordnet werden und anschlie&szlig;end beeintr&auml;chtigen die mitochondriale Funktion. Neuere Studien legen nahe, dass axonale Transport von Mitochondrien entlang der Mikrotubuli und mitochondriale Dynamik auch in ALS unterbrochen werden kann. Diese Ergebnisse zeigen auch die entscheidende Bedeutung der Aufrechterhaltung der mitochondrialen Funktion in Axonen und neuromuskul&auml;re Kreuzungen, Unterst&uuml;tzung der aufstrebenden &quot;sterben-Back&quot; ALS Axonopathy Modell. Wir diskutieren in diesem Bericht, wie mitochondriale Dysfunktion, die ALS Varianten des SOD1 und die Mechanismen verbunden wurde, durch die mitochondriale Sch&auml;den, die &Auml;tiologie der Krankheit tr&auml;gt.

Mitochondriale Dysfunktion bei Amyotrophe Lateralsklerose.

The p62/sequestosome 1 protein has been identified as a component of pathological protein inclusions in neurodegenerative diseases including amyotrophic lateral sclerosis (ALS). P62 has also been implicated in autophagy, a process of mass degradation of intracellular proteins and organelles. Autophagy is a critical pathway for degrading misfolded and/or damaged proteins, including the copper-zinc superoxide dismutase (SOD1) mutants linked to familial ALS. We previously reported that p62 interacted with ALS mutants of SOD1 and that the ubiquitin-association domain of p62 was dispensable for the interaction. In this study, we identified two distinct regions of p62 that were essential to its binding to mutant SOD1: the N-terminal Phox and Bem1 (PB1) domain (residues 1-104) and a separate internal region (residues 178-224) termed here as SOD1 mutant interaction region (SMIR). The PB1 domain is required for appropriate oligomeric status of p62 and the SMIR is the actual region interacting with mutant SOD1. Within the SMIR, the conserved W184, H190 and positively charged R183, R186, K187, and K189 residues are critical to the p62-mutant SOD1 interaction as substitution of these residues with alanine resulted in significantly abolished binding. In addition, SMIR and the p62 sequence responsible for the interaction with LC3, a protein essential for autophagy activation, are independent of each other. In cells lacking p62, the existence of mutant SOD1 in acidic autolysosomes decreased, suggesting that p62 can function as an adaptor between mutant SOD1 and the autophagy machinery. This study provides a novel molecular mechanism by which mutant SOD1 can be recognized by p62 in an ubiquitin-independent fashion and targeted for the autophagy-lysosome degradation pathway.

Sequestosome 1/p62 links familial ALS mutant SOD1 to LC3 via an ubiquitin-independent mechanism.

Das p62/Sequestosome-1-Protein wurde als Bestandteil des pathologischen Protein Einschl&uuml;sse in Neurodegenerative Erkrankungen wie Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) identifiziert. P62 hat auch in Autophagy, ein Prozess der Masse Abbau der intrazellul&auml;ren Proteine und Organellen verwickelt. Autophagy ist ein kritischer Weg f&uuml;r misfolded und/oder besch&auml;digte Proteine, einschlie&szlig;lich des Kupfer-Zink-Superoxid-Dismutase (SOD1) Mutanten-verketteten, famili&auml;re-ALS erniedrigend. Wir bereits berichtet, dass p62 interagierte mit ALS Mutanten von SOD1 und dass die Ubiquitin-Verein-Dom&auml;ne des p62 entbehrlich f&uuml;r die Interaktion war. In dieser Studie identifizierten wir zwei unterschiedliche Regionen des p62, die seine Bindung an Mutant SOD1 waren: der N-terminalen Phox und Bem1 (PB1) Dom&auml;ne (R&uuml;ckst&auml;nde 1-104) und einer separaten internen Region (R&uuml;ckst&auml;nde 178-224) hier bezeichnet als SOD1 Mutanten Interaktion Region (SMIR). Die PB1-Dom&auml;ne ist erforderlich f&uuml;r geeignete Oligomere Status p62 und das SMIR ist die eigentliche Region, die Interaktion mit Mutant SOD1. Innerhalb der SMIR, konservierten W184, H190 und positiv geladene R183 sind R186, K187 und K189 R&uuml;ckst&auml;nde entscheidend f&uuml;r die p62-Mutant-SOD1-Interaktion als Ersetzung dieser R&uuml;ckst&auml;nde mit Alanin f&uuml;hrte deutlich abgeschafft binden. Dar&uuml;ber hinaus sind SMIR und verantwortlich f&uuml;r die Interaktion mit LC3, ein Protein, das f&uuml;r Autophagy Aktivierung, p62 Sequenz unabh&auml;ngig voneinander. In den Zellen fehlt p62 sanken die Existenz von Mutant SOD1 in sauren Autolysosomes, vorgeschlagen, dass p62 als Adapter zwischen Mutant SOD1 und Autophagy Maschinen verwendet werden k&ouml;nnen. Diese Studie liefert eine neuartige Molekulare Mechanismen der Mutant SOD1 von p62 Ubiquitin-unabh&auml;ngigen Weise erkannt und gezielt f&uuml;r die Autophagy-Lysosom-Erniedrigung-Pathway.

Sequestosome 1/p62 verbindet famili&auml;re ALS Mutant SOD1 LC3 &uuml;ber eine Ubiquitin-unabh&auml;ngigen Mechanismus.

Mutations in fused in sarcoma (FUS) have been reported to cause a subset of familial amyotrophic lateral sclerosis (ALS) cases. Wild-type FUS is mostly localized in the nuclei of neurons, but the ALS mutants are partly mislocalized in the cytoplasm and can form inclusions. We demonstrate that the C-terminal 32 amino acid residues of FUS constitute an effective nuclear localization sequence (NLS) as it targeted beta-galactosidase (LacZ, 116 kDa) to the nucleus. Deletion of or the ALS mutations within the NLS caused cytoplasmic mislocalization of FUS. Moreover, we identified the poly-A binding protein (PABP1), a stress granule marker, as an interacting partner of FUS. Large PABP1-positive cytoplasmic foci (i.e. stress granules) colocalized with the mutant FUS inclusions but were absent in wild-type FUS-expressing cells. Processing bodies, which are functionally related to stress granules, were adjacent to but not colocalized with the mutant FUS inclusions. Our results suggest that the ALS mutations in FUS NLS can impair FUS nuclear localization, induce cytoplasmic inclusions and stress granules, and potentially perturb RNA metabolism.

Nuclear localization sequence of FUS and induction of stress granules by ALS mutants.

Mutationen im geschmolzenen in Sarkom (FUS) sind berichtet worden, um eine Teilmenge der famili&auml;re Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) F&auml;llen verursachen. Wildtyp FUS ist vor allem in den Kernen der Neuronen lokalisiert, aber ALS Mutanten sind teilweise im Zytoplasma mislocalized und Einschl&uuml;sse bilden k&ouml;nnen. Wir zeigen, dass der C-terminalen 32 Aminos&auml;ure R&uuml;ckst&auml;nde FUS eine effektive nukleare Lokalisierung-Sequenz (NLS) dar, da es Beta-Galaktosidase (LacZ, 116 kDa) zum Kern gezielt. Gel&ouml;scht werden oder die ALS Mutationen innerhalb der NLS verursacht zellplasmatisches Mislocalization der FUS. Dar&uuml;ber hinaus haben wir das Poly-A-verbindliches Protein (PABP1), eine Stress-Granulat-Marker, als interagierenden Partner der FUS identifiziert. Gro&szlig;e PABP1-positiven zytoplasmatischen Herde (d.h. Spannung Granulate) colocalized mit der Mutanten FUS-Einschl&uuml;ssen aber waren abwesend in Wildtyp FUS-Ausdruck Zellen. Verarbeitung stellen, die funktional zusammenh&auml;ngen Granulat zu betonen, waren neben aber nicht colocalized mit der Mutanten FUS-Einschl&uuml;ssen. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die ALS Mutationen im FUS NLS k&ouml;nnen FUS nukleare Lokalisierung beeintr&auml;chtigen, zytoplasmatische Einschl&uuml;ssen induzieren Granulat betonen und potenziell RNA-Stoffwechsel belasten.

ArticleTotal : 2	Year
Publication title Cited by 10	2009
Publication title	2010

Article	Year
Mitochondrial dysfunction in amyotrophic lateral sclerosis. Biochimica et biophysica acta\| PubMed ID: 19715760	2010
Sequestosome 1/p62 links familial ALS mutant SOD1 to LC3 via an ubiquitin-independent mechanism. Journal of neurochemistry\| PubMed ID: 19765191	2009
Nuclear localization sequence of FUS and induction of stress granules by ALS mutants. Neurobiology of aging\| PubMed ID: 20674093	2011

David M. Kwinter

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