Park, Yongjae;Hong, Sunghoi;Kim, Sung-Jo;Kang, Seongman
Molecules and Cells
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제19권1호
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pp.23-30
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2005
Spinocerebellar ataxia type 1 (SCA1) is an autosomal-dominant neurodegenerative disorder caused by expansion of the polyglutamine tract in the SCA1 gene product, ataxin-1. Using d2EGFP, a short-lived enhanced green fluorescent protein, we investigated whether polyglutamine-expanded ataxin-1 affects the function of the proteasome, a cellular multicatalytic protease that degrades most misfolded proteins and regulatory proteins. In Western blot analysis and immunofluorescence experiments, d2EGFP was less degraded in HEK 293T cells transfected with ataxin-1(82Q) than in cells transfected with lacZ or empty vector controls. To test whether the stability of the d2EGFP protein was due to aggregation of ataxin-1, we constructed a plasmid carrying $ataxin-1-{\Delta}114$, lacking the self-association region (SAR), and examined degradation of the d2EGFP. Both the level of $ataxin-1-{\Delta}114$ aggregates and the amount of d2EGFP were drastically reduced in cells containing $ataxin-1-{\Delta}114$. Furthermore, d2EGFP localization experiments showed that polyglutamine-expanded ataxin-1 inhibited the general function of the proteasome activity. Taken together, these results demonstrate that polyglutamine-expanded ataxin-1 decreases the activity of the proteasome, implying that a disturbance in the ubiquitin-proteasome pathway is directly involved in the development of spinocerebellar ataxia type1.
Spinocerebellar ataxia type 1 (SCA1) is an autosomal-dominant neurodegenerative disorder characterized by ataxia and progressive motor deterioration. SCA1 is associated with an elongated polyglutamine tract in ataxin-1, the SCA1 gene product. As summarized in this review, recent studies have clarified the molecular mechanisms of SCA1 pathogenesis and provided direction for future therapeutic approaches. The nucleus is the subcellular site where misfolded mutant ataxin-1 acts to cause SCA1 disease in the cerebellum. The role of these nuclear aggregates is the subject of intensive study. Additional proteins have been identified, whose conformational alterations occurring through interactions with the polyglutamine tract itself or non-polyglutamine regions in ataxin-1 are the cause of SCA-1 cytotoxicity. Therapeutic hope comes from the observations concerning the reduction of nuclear aggregation and alleviation of the pathogenic phenotype by the application of potent inhibitors and RNA interference.
The autosomal dominant spinocerebellar ataxias (SCAs) are a group of neurodegenerative diseases, clinically and genetically heterogeneous, characterized by degeneration of spinocerebellar pathways with variable involvement of other neural systems. At present, 27 distinct genetic forms of SCAs are known: SCA1-8, SCA10-21, SCA23, SCA25-28, DRPLA (dentatorubral-pallidoluysian atrophy), and 16q-liked ADCA (autosomal dominant cerebellar ataxia). Epidemiological data about the prevalence of SCAs are restricted to a few studies of isolated geographical regions, and most do not reflect the real occurrence of the disease. In general a prevalence of about 0.3-2 cases per 100,000 people is assumed. As SCA are highly heterogeneous, the prevalence of specific subtypes varies between different ethnic and continental populations. Most recent data suggest that SCA3 is the commonest subtype worldwide; SCA1, SCA2, SCA6, SCA7, and SCA8 have a prevalence of over 2%, and the remaining SCAs are thought to be rare (prevalence <1%). In this review, we highlight and discuss the SCA7. The hallmark of SCA7 is the association of hereditary ataxia and visual loss caused by pigmentary macular degeneration. Visual failure is progressive, bilateral and symmetrical, and leads irreversibly to blindness. This association represents a distinct disease entity classified as autosomal dominant cerebellar ataxia (ADCA) type II by Harding. The disease affectsprimarily the cerebellum and the retina by the moderate to severe neuronal loss and gliosis, but also many other central nervous system structures as the disease progresses. SCA7 is caused by expansion of an unstable trinucleotide CAG repeat in the ATXN7 gene encoding a polyglutamine (polyQ) tract in the corresponding protein, ataxin-7. Normal ATXN7 alleles contain 4-35 CAG repeats, whereas pathological alleles contain from 36->450 CAG repeats. Immunoblott analysis demonstrated that ataxin-7 is widely expressed but that expression levels vary among tissues. Instability of expanded repeats is more pronounced in SCA7 than in other SCA subtypes and can cause substantial lowering of age at onset in successive generations termed ‘anticipation’ so that children may become diseased even before their parents develop symptoms. The strong anticipation in SCA7 and the rarity of contractions should have led to its extinction within a few generations. There is no specific drug therapy for this neurodegenerative disorder. Currently, therapy remains purely symptomatic. Cellular models and SCA7 transgenic mice have been generated which constitute valuable resources for studying the disease mechanism. Understanding the pathogenetic mechanisms of neurodegeneration in SCAs should lead to the identification of potential therapeutic targets and ultimately facilitate drug discovery. Here we summarize the clinical, pathological, and genetic aspects of SCA7, and review the current understanding of the pathogenesis of this disorder. Further, we also review the potential therapeutic strategies that are currently being explored in polyglutamine diseases.
Nanobodies derived from camelids and sharks offer unique advantages in therapeutic applications due to their ability to bind to epitopes that were previously inaccessible. Traditional methods of nanobody development face challenges such as ethical concerns and antigen toxicity. Our study presents a synthetic, phage-displayed nanobody library using trinucleotide-directed mutagenesis technology, which allows precise amino acid composition in complementarity-determining regions (CDRs), with a focus on CDR3 diversity. This approach avoids common problems such as frameshift mutations and stop codon insertions associated with other synthetic antibody library construction methods. By analyzing FDA-approved nanobodies and Protein Data Bank sequences, we designed sub-libraries with different CDR3 lengths and introduced amino acid substitutions to improve solubility. The validation of our library through the successful isolation of nanobodies against targets such as PD-1, ATXN1 and STAT3 demonstrates a versatile and ethical platform for the development of high specificity and affinity nanobodies and represents a significant advance in biotechnology.
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