Loss-of-function DESİ1 variants cause a novel ALS-like syndrome

Nörodejeneratif hastalıklar, ilerleyici ve geri döndürülemez sinir hasarıyla karakterize bir hastalık grubudur. Bu grup içinde en yaygın motor nöron hastalığı olan amiyotrofik lateral skleroz (ALS), üst ve alt motor nöron dejenerasyonu ile tanımlanır. ALS, genetik ve çevresel faktörlerin etkileşimiyle gelişen kompleks bir hastalıktır. Vakaların yaklaşık %20'si monogenik varyantlarla ilişkilendirilmiş olup, bugüne kadar 40'tan fazla gende patojenik varyant tanımlanmıştır. Çok sık rastlanan SOD1, TARDBP'nin yanı sıra UBQLN2 gibi UBQLN ailesi üyeleri de ALS patomekanizmasının temelinde olan proteostaz bozukluğunda birleşmektedir. Bununla birlikte, olguların yaklaşık %80'inde hâlâ moleküler tanı konulamaması, genetik araştırmaların sürdürülmesini kritik kılmaktadır. Uluslararası iş birliklerimiz kapsamında, "ALS benzeri" klinik fenotipe sahip altı farklı aileden yedi hasta tanımladık. Farklı coğrafi kökenleri olan bu hastalarda ilerleyici güçsüzlük ile üst-alt motor nöron tutulumu gözlendi. Etkilenen bireylerde tüm ekzom dizileme (WES) ile bilinen nöromüsküler hastalık genlerindeki varyantlar dışlandı; ancak daha önce hiçbir hastalıkla ilişkilendirilmemiş Desumoylating Isopeptidase 1 (DESI1) geninde homozigot veya bileşik heterozigot varyantlar tespit edildi. Bu varyantlar arasında üç splice-site, iki çerçeve kayması ve bir anlamsız mutasyon bulunmakta olup, hepsi genel popülasyonda nadir olan allellerdi. Varyantlar otozomal resesif kalıtım ile uyumlu segregasyon gösterdi. DESI1 geni, türler arasında yüksek oranda korunmuş bir sistein proteaz olan PPPDE bölgesi ve nükleer ihracat sinyalleri (NES) içeren bir proteini kodlar. UBQLN ailesi proteinlerinin nükleer çıkışı için adaptör görevi gören DESI1, nükleer taşıma bozukluklarını proteostaz bozukluğuyla bağlayan yeni bir ALS- ilişkili gen adayı olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu varyantların fonksiyonel sonuçlarını araştırmak için, HEK293T hücrelerinde DESI1 varyantlarını aşırı eksprese ettik. Bu deneyler, DESI1 varyantlarının katalitik sistein ve NES gibi kritik bölgelerin eksik olduğu güdük veya anormal proteinlere neden olduğunu gösterdi. Western blot, bu proteinlerin hızla proteazomal yıkıma uğradığını gösterdi. Ko-immunopresipitasyon ise DESI1 ile UBQLN4 arasındaki fiziksel etkileşimin bozulduğunu, ve DESI1'in bilinen substrat BZEL üzerinde deSUMOylaz aktivitesinin kaybolduğunu ortaya koydu. Hasta fibroblastlarında yapılan öncül çalışmalar da proteostaz bozulmasına işaret ederek bu bulguları destekledi. Bir araya geldiğinde bu bulgular, DESI1'i ALS ile ilişkili yeni bir gen olarak tanımlamakta ve işlev kaybı DESI1 varyantlarının ALS patogenezindeki rolüne dair mekanistik içgörüler sunmaktadır.