Investigation of the role of collapsin response mediator 4 in Huntington's disease

Abstract

Huntington’s disease (HD) is an inherited neurodegenerative disorder characterized by the ac- cumulation in the affected neuronal population of N-terminal huntingtin (htt) fragments bear- ing elongated polyglutamine (polyQ) tracts. Several lines of evidence indicate that the process of htt misfolding and aggregation is associated with cytotoxicity in HD models and patients. Thus, the identification and characterization of proteins that can modulate this process is criti- cal for understanding HD pathogenesis and therapy development. Here, we report a depletion of collapsin response mediator protein 4 (CRMP4) protein levels in a cell culture model of HD. CRMP4 belongs to the collapsin response mediator protein family that mediates many aspects of neuronal development and plasticity by regulating cytoskeleton dynamics. Cell-free and cell-based assays demonstrate that CRMP4 reduces polyQ-mediated htt ag- gregation and toxicity. Furthermore our results show that this effect may be linked to a re- arrangement of Actin cytoskeleton. Indeed both, CRMP4 and filamentous Actin (F-Actin), are recruited into the intracellular inclusions formed by mutant huntingtin (mhtt), while over- expression of CRMP4 partially detached F-Actin from the mhtt aggregates. CRMP4 is cleaved by Calpain-1 when mhtt is expressed. This result links to previous findings showing the same proteolytic cleavage of CRMP4 when cells were subject to excitotoxicity. The proteolysis of CRMP4 may therefore be a marker of neuronal toxicity. This work suggests a functional link between mhtt and CRMP4 and a role for CRMP4 as a new modulator of mhtt. Further stud- ies are important for understanding whether CRMP4 can help deciphering the early cellular pathomechanisms in HD.

Chorea Huntington (HD) ist eine vererbte, neurodegenerative Erkrankung. In der Krankheit zeigen die betroffene neuronalen Zellen Einschlusskörperchen von N-terminalen Huntingtin-Fragmenten (htt) mit länglichem Polyglutamin (polyQ). Es gibt Hinweise, dass der Prozess der htt Fehlfaltung und der Aufbau von htt- Einschlusskörperchen zytotoxisch wirkt, sowohl in HD-Modellen als auch in Patienten. Das Identifizieren und Charakterisieren von Proteinen, die diesen Prozess modulieren können, ist deshalb wichtig für das Verständnis der HD Pathogenese und für das Entwickeln von Therapien. Die vorliegende Arbeit berichtet über das Sinken des CRMP4-Spiegels (Collapsin Response Mediator Protein 4) in einem Zellkultur-Modell der HD, eine CRMP4-Depletion. Die Gruppe der CRMPs ist eine Protein-Familie, die in der Zytoskelett-Dynamik wirkt, vor allem in der neuronalen Entwicklung und Plastizität. Sowohl zellfreie als auch zellbasierte Assays zeigen, dass die Zahl der durch mutiertes Huntingtin (mhtt) induzierten Einschlusskörperchen durch CRMP4 verringert wird, und dass CRMP4 auch die Toxizität reduziert. Darüber hinaus zeigen die vorliegenden Untersuchungen, dass das Reduzieren von Einschlusskörperchen und Toxizität mit einer Neuordnung des Aktin-Zytoskeletts verbunden ist. CRMP4 und Aktinfilamente (F-Aktin) wurden in den intrazellulären Einschlusskörperchen von mhtt gehäuft nachgewiesen, dagegen ist F-Aktin nach CRMP4-Überexpression nicht mehr in den mhtt-Einschlusskörperchen nachweisbar. CRMP4 wird unter mhtt-Expression durch Calpain-1 gespalten. Dieses Ergebnis wird durch frühere Befunde gestützt, die die gleiche proteolytische Spaltung von CRMP4 unter Excitotoxizität zeigen. Die Proteolyse von CRMP4 kann daher ein Marker für neuronale Toxizität sein. Diese Arbeit schlägt eine funktionale Beziehung zwischen mhtt und CRMP4, und eine Rolle für CRMP4 als neuer Modulator der mhtt vor. Weitere Untersuchungen könnten zeigen ob CRMP4 zum Entschlüsseln der frühen zellulären Pathogenese in HD beitragen kann.