Von Recklinghausen neurofibromatosis (NF1) is a common autosomal dominant disorder characterized by abnormalities in multiple tissues derived from the neural crest. No reliable cellular phenotypic marker has been identified, which has hampered direct efforts to identify the gene. The chromosome location of the NF1 gene has been previously mapped genetically to 17q11.2, and data from two NF1 patients with balanced translocations in this region have further narrowed the candidate interval. The use of chromosome jumping and yeast artificial chromosome technology has now led to the identification of a large (∼13 kilobases) ubiquitously expressed transcript (denoted NF1LT ) from this region that is definitely interrupted by one and most likely by both translocations. Previously identified candidate genes, which failed to show abnormalities in NF1 patients, are apparently located within introns of NF1LT , on the antisense strand. A new mutation patient with NF1 has been identified with a de novo 0.5-kilobase insertion in the NF1LT gene. These observations, together with the high spontaneous mutation rate of NF1 (which is consistent with a large locus), suggest that NF1LT represents the elusive NF1 gene.

Abstract Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disorder typically characterized by insoluble inclusions of hyperphosphorylated TDP-43. The mechanisms underlying toxic TDP-43 accumulation are not understood. Persistent activation of p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) is implicated in ALS. However, it is unclear how p38 MAPK affects TDP-43 proteinopathy. Here, we demonstrate that inhibition of p38α MAPK reduces pathological TDP-43 phosphorylation, aggregation, cytoplasmic mislocalization, and neurotoxicity. We establish that p38α MAPK phosphorylates TDP-43 at pathological serine 409/410 (S409/S410) and serine 292 (S292), which reduces TDP-43 liquid-liquid phase separation (LLPS) but allows pathological TDP-43 aggregation. Moreover, we show that protein arginine methyltransferase 1 methylates TDP-43 at R293. Importantly, S292 phosphorylation reduces R293 methylation, and R293 methylation reduces S409/S410 phosphorylation. R293 methylation permits TDP-43 LLPS and reduces pathological TDP-43 aggregation. Thus, strategies to reduce p38α-mediated TDP-43 phosphorylation and promote R293 methylation could have therapeutic utility for ALS and related TDP-43 proteinopathies.

Abstract An intronic GGGGCC repeat expansion in C9orf72 is a common genetic cause of amyotrophic lateral sclerosis and frontotemporal dementia. The repeats are transcribed in both sense and antisense directions to generate distinct dipeptide repeat proteins, of which poly(GA), poly(GR) and poly(PR) have been implicated in contributing to neurodegeneration. Poly(PR) binding to RNA may contribute to toxicity, but analysis of poly(PR)-RNA binding on a genome-wide scale has not yet been carried out. We therefore performed crosslinking and immunoprecipitation (CLIP) analysis in human cells to identify the RNA binding sites of poly(PR). We found that poly(PR) binds to nearly 600 RNAs, with the sequence GAAGA enriched at the binding sites. In vitro experiments showed that polyGAAGA RNA binds poly(PR) with higher affinity than control RNA and induces phase-separation of poly(PR) into condensates. These data indicate that poly(PR) preferentially binds to polyGAAGA-containing RNAs, which may have physiological consequences.

Summary RNA-binding proteins with prion-like domains, such as FUS and TDP-43, condense into functional liquids, which can transform into pathological fibrils that underpin fatal neurodegenerative disorders, including amyotrophic lateral sclerosis (ALS)/frontotemporal dementia (FTD). Here, we define short RNAs (24-48 nucleotides) that prevent FUS fibrillization by promoting liquid phases, and distinct short RNAs that prevent and, remarkably, reverse FUS condensation and fibrillization. These activities require interactions with multiple RNA-binding domains of FUS and are encoded by RNA sequence, length, and structure. Importantly, we define a short RNA that dissolves aberrant cytoplasmic FUS condensates, restores nuclear FUS, and mitigates FUS proteotoxicity in optogenetic models and human motor neurons. Another short RNA dissolves aberrant cytoplasmic TDP-43 condensates, restores nuclear TDP-43, and mitigates TDP-43 proteotoxicity. Since short RNAs can be effectively delivered to the human brain, these oligonucleotides could have therapeutic utility for ALS/FTD and related disorders.

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a devastating neurodegenerative disorder typically characterized by insoluble inclusions of hyperphosphorylated TDP-43. The mechanisms underlying toxic TDP-43 accumulation are not understood. Persistent activation of p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) is implicated in ALS. However, it is unclear how p38 MAPK affects TDP-43 proteinopathy. Here, we show that p38α MAPK inhibition reduces pathological TDP-43 phosphorylation, aggregation, cytoplasmic mislocalization, and neurotoxicity. Remarkably, p38α MAPK inhibition mitigates aberrant TDP-43 phenotypes in diverse ALS patient-derived motor neurons. p38α MAPK phosphorylates TDP-43 at pathological S409/S410 and S292, which reduces TDP-43 liquid-liquid phase separation (LLPS) but allows pathological TDP-43 aggregation. Moreover, we establish that PRMT1 methylates TDP-43 at R293. Importantly, S292 phosphorylation reduces R293 methylation, and R293 methylation reduces S409/S410 phosphorylation. Notably, R293 methylation permits TDP-43 LLPS and reduces pathological TDP-43 aggregation. Thus, strategies to reduce p38α-mediated TDP-43 phosphorylation and promote PRMT1-mediated R293 methylation could have therapeutic utility for ALS and related TDP-43 proteinopathies.