La perdita della chinasi TBK1 compromette le reti autofagiche collegate a SLA e demenza

TBK1 (TANK-binding kinase 1) le varianti con perdita di funzione sono tra le cause genetiche più comuni di SLA familiare e demenza frontotemporale (FTD), tuttavia il modo preciso in cui la ridotta attività chinasica di TBK1 scatena la neurodegenerazione correlata all'età è rimasto finora poco chiaro. Questo studio colma tale lacuna combinando modelli isogenici di cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) con fosfo-proteomica quantitativa, offrendo una finestra imparziale e basata su cellule umane sulla biologia di TBK1.

I ricercatori hanno generato e validato un pannello di linee iPSC isogeniche nel background standardizzato KOLF2.1J, recanti un knockout completo di TBK1, due varianti codificanti associate a SLA/FTD (E696K e G217R), un knockout completo di OPTN e controlli revertanti corrispondenti. Queste linee sono state differenziate in neuroni corticali glutamatergici tramite induzione con NGN2. La proteomica basata su tandem mass tag (TMT) ha quantificato oltre 8.000 proteine e 50.872 fosfo-peptidi tra i diversi genotipi, integrata da spettrometria di massa con purificazione per affinità (AP-MS) e co-immunoprecipitazione per validare le interazioni proteiche.

I risultati principali si concentrano sul ruolo di TBK1 nel mantenere il proprio scaffold di segnalazione: le tre proteine adattatrici note di TBK1—AZI2/NAP1, TANK e TBKBP1/SINTBAD—erano significativamente ridotte in abbondanza nei neuroni TBK1 KO nonostante livelli invariati di mRNA, indicando che TBK1 stabilizza post-traduzionalmente questi partner. L'AP-MS ha confermato le interazioni dirette tra TBK1 e questi adattatori nei neuroni. Oltre allo scaffold, la fosfo-proteomica ha rivelato che TBK1 regola la fosforilazione dei recettori cargo dell'autofagia selettiva (SACR), tra cui p62/SQSTM1 (pS361), NCOA4 (pS412), CALCOCO2 (pS355) e NBR1 (pS622). Anche la GTPasi dell'endosoma tardivo RAB7A (pS72), l'iniziatore dell'autofagia RB1CC1/FIP200 (pS1286), l'ortologo Atg8 GABARAPL2 (pS10) e il mediatore del traffico retromerico RAB11B (pS42) risultavano ipofosforilati in seguito alla perdita di TBK1. Un chiaro effetto dose-gene è stato dimostrato per la variante G217R, con cellule omozigoti che mostravano deficit di fosforilazione maggiori rispetto alle cellule eterozigoti—posizionando di fatto TBK1 come locus quantitativo trans-fosfo-proteico (ppQTL) per p62/SQSTM1. Dal punto di vista fenotipico, i neuroni TBK1 KO hanno mostrato una crescita e una ramificazione dei neuriti significativamente compromesse senza un aumento della morte cellulare, indicando effetti cell-autonomi sulla morfologia neuronale.

È importante sottolineare che né la perdita di TBK1 né quella di OPTN hanno innescato la mislocalizzazione di TDP-43 o lo splicing criptico di STMN2—caratteristiche distintive della neuropatologia della SLA—suggerendo che potrebbero essere necessari ulteriori fattori di stress per riprodurre completamente la malattia in questo modello. Il dataset costituisce inoltre un atlante di riferimento fosfo-proteomico, il primo del suo genere, per neuroni umani nascenti, rendendo possibili future comparazioni tra modelli di malattie neurodegenerative.

Nel complesso, questo lavoro posiziona TBK1 come punto di convergenza nelle reti endo-lisosomiali e di autofagia selettiva legate alla SLA/FTD che operano in modo cell-autonomo, con implicazioni per la comprensione di come l'omeostasi proteica si alteri nei neuroni che invecchiano e di come potrebbero essere progettate strategie terapeutiche mirate all'asse TBK1-autofagia.