A decrease in ataxin-2 levels leads to a reduction in the aggregation of TDP-43, markedly increased lifespan and improved motor function in a transgenic mouse model of TDP-43 proteinopathy. Ataxin-2 polyglutamine expansions increase the risk for amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and cause spinocerebellar ataxia type 2 (SCA2), two neurodegenerative diseases without a cure. A pair of papers this week report therapeutic approaches towards reducing ataxin-2. Nearly all ALS patients have toxic aggregates of the protein TDP-43 in the brain and spinal cord. Lowering ataxin-2 has been shown to suppress TDP-43 toxicity in yeast and flies, and Lindsay Becker et al. now show that lowering ataxin-2 in mice, genetically or with antisense oligonucleotides, reduces TDP-43 aggregation and toxicity, improves motor function and increases lifespan. Elsewhere in this issue, Daniel Scoles et al. test antisense oligonucleotides (ASOs) against ataxin-2 in mice models of SCA2 that recreate progressive adult-onset dysfunction and degeneration of the neuronal network. The most promising therapeutic lead is ASO7, which downregulates ATXN2 mRNA and protein and delays the onset of SCA2 phenotypes. Moreover, treatment of symptomatic mice normalizes firing of cerebellar Purkinje cells and improves motor functioning. Both papers suggest that antisense oligonucleotide-based therapeutic approaches could be used to tackle neurodegeneration. Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a rapidly progressing neurodegenerative disease that is characterized by motor neuron loss and that leads to paralysis and death 2–5 years after disease onset1. Nearly all patients with ALS have aggregates of the RNA-binding protein TDP-43 in their brains and spinal cords2, and rare mutations in the gene encoding TDP-43 can cause ALS3. There are no effective TDP-43-directed therapies for ALS or related TDP-43 proteinopathies, such as frontotemporal dementia. Antisense oligonucleotides (ASOs) and RNA-interference approaches are emerging as attractive therapeutic strategies in neurological diseases4. Indeed, treatment of a rat model of inherited ALS (caused by a mutation in Sod1) with ASOs against Sod1 has been shown to substantially slow disease progression5. However, as SOD1 mutations account for only around 2–5% of ALS cases, additional therapeutic strategies are needed. Silencing TDP-43 itself is probably not appropriate, given its critical cellular functions1,6. Here we present a promising alternative therapeutic strategy for ALS that involves targeting ataxin-2. A decrease in ataxin-2 suppresses TDP-43 toxicity in yeast and flies7, and intermediate-length polyglutamine expansions in the ataxin-2 gene increase risk of ALS7,8. We used two independent approaches to test whether decreasing ataxin-2 levels could mitigate disease in a mouse model of TDP-43 proteinopathy9. First, we crossed ataxin-2 knockout mice with TDP-43 (also known as TARDBP) transgenic mice. The decrease in ataxin-2 reduced aggregation of TDP-43, markedly increased survival and improved motor function. Second, in a more therapeutically applicable approach, we administered ASOs targeting ataxin-2 to the central nervous system of TDP-43 transgenic mice. This single treatment markedly extended survival. Because TDP-43 aggregation is a component of nearly all cases of ALS6, targeting ataxin-2 could represent a broadly effective therapeutic strategy.

Progressive aggregation of the protein alpha-synuclein (α-syn) and loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta (SNpc) are key histopathological hallmarks of Parkinson disease (PD). Accruing evidence suggests that α-syn pathology can propagate through neuronal circuits in the brain, contributing to the progressive nature of the disease. Thus, it is therapeutically pertinent to identify modifiers of α-syn transmission and aggregation as potential targets to slow down disease progression. A growing number of genetic mutations and risk factors have been identified in studies of familial and sporadic forms of PD. However, how these genes affect α-syn aggregation and pathological transmission, and whether they can be targeted for therapeutic interventions, remains unclear. We performed a targeted genetic screen of risk genes associated with PD and parkinsonism for modifiers of α-syn aggregation, using an α-syn preformed-fibril (PFF) induction assay. We found that decreased expression of Lrrk2 and Gba modulated α-syn aggregation in mouse primary neurons. Conversely, α-syn aggregation increased in primary neurons from mice expressing the PD-linked LRRK2 G2019S mutation. In vivo, using LRRK2 G2019S transgenic mice, we observed acceleration of α-syn aggregation and degeneration of dopaminergic neurons in the SNpc, exacerbated degeneration-associated neuroinflammation and behavioral deficits. To validate our findings in a human context, we established a novel human α-syn transmission model using induced pluripotent stem cell (iPS)-derived neurons (iNs), where human α-syn PFFs triggered aggregation of endogenous α-syn in a time-dependent manner. In PD subject-derived iNs, the G2019S mutation enhanced α-syn aggregation, whereas loss of LRRK2 decreased aggregation. Collectively, these findings establish a strong interaction between the PD risk gene LRRK2 and α-syn transmission across mouse and human models. Since clinical trials of LRRK2 inhibitors in PD are currently underway, our findings raise the possibility that these may be effective in PD broadly, beyond cases caused by LRRK2 mutations.

Summary Fibrolamellar carcinoma (FLC) is a rare liver cancer that disproportionately affects adolescents and young adults. Currently, no standard of care is available and there remains a dire need for new therapeutics. Most patients harbor the fusion oncogene DNAJB1-PRKACA (DP fusion), but clinical inhibitors are not yet developed and it is critical to identify downstream mediators of FLC pathogenesis. Here, we identify long non-coding RNA LINC00473 among the most highly upregulated genes in FLC tumors and determine that it is strongly suppressed by RNAi-mediated inhibition of the DP fusion in FLC tumor epithelial cells. We show by loss- and gain-of-function studies that LINC00473 suppresses apoptosis, increases the expression of FLC marker genes, and promotes FLC growth in cell-based and in vivo models of disease. Mechanistically, LINC00473 plays an important role in promoting glycolysis and altering mitochondrial activity. Specifically, LINC00473 knockdown leads to increased spare respiratory capacity, an indicator of mitochondrial fitness. Overall, we propose that LINC00473 could be a viable target for this devastating disease. Highlights Fibrolamellar carcinoma (FLC) is a lethal liver cancer lacking effective therapeutic options. Ma et al. demonstrate that primate-specific RNA LINC00473 is enriched in tumor epithelial cells and functions to promote FLC growth and dysregulate cellular energetics, unveiling an important mechanism downstream of the fusion oncogene, DNAJB1-PRKACA, in FLC pathogenesis. In Brief LINC00473 is consistently elevated in primary FLC tumor tissue from different patient cohorts and in multiple disease models. DP fusion, the signature oncoprotein of FLC, drives LINC00473 expression. LINC00473 promotes FLC growth via anti-apoptotic function. LINC00473 modulates FLC energetics by promoting glycolysis and altering mitochondrial fitness. Abstract Figure

ABSTRACT Fibrolamellar carcinoma (FLC) is a primary liver cancer that most commonly arises in adolescents and young adults in a background of normal liver tissue and has an poor prognosis due to lack of effective chemotherapeutic agents. The DNAJB1-PRKACA gene fusion (DP) has been reported in the majority of FLC tumors, however its oncogenic mechanisms remain unclear. Given the paucity of cellular models, in particular FLC tumor cell lines, we hypothesized that engineering the DP fusion gene in HEK293T cells would provide insight into the cellular effects of the fusion gene. We used CRISPR/Cas9 to engineer HEK293T clones expressing DP fusion gene (HEK-DP) and performed transcriptomic, proteomic, and mitochondrial studies to characterize this cellular model. Proteomic analysis of DP interacting partners identified mitochondrial proteins as well as proteins in other subcellular compartments. HEK-DP cells demonstrated significantly elevated mitochondrial fission, which suggests a role for DP in altering mitochondrial dynamics. Transcriptomic analysis of HEK-DP cells revealed a significant increase in LINC00473 expression, similar to what has been observed in primary FLC samples. LINC00473 overexpression was reversible with siRNA targeting of PRKACA as well as pharmacologic targeting of PKA and Hsp40 in HEK-DP cells. Therefore, our model suggests that LINC00473 is a candidate marker for DP activity.

Fibrolamellar carcinoma (FLC) is a rare, therapeutically intractable liver cancer that disproportionately affects youth. Although FLC tumors exhibit a distinct gene expression profile, the causative transcriptional mechanisms remain unclear. Here we used chromatin run-on sequencing to discover approximately 7,000 enhancers and 141 enhancer hotspots activated in FLC relative to non-malignant liver. Detailed bioinformatic analyses revealed aberrant ERK/MEK signaling and candidate master transcriptional regulators. We also defined the genes most strongly associated with aberrant FLC enhancer activity, including CA12 and SLC16A14. Treatment of FLC cell models with inhibitors of CA12 or SLC16A14 independently reduced cell viability and/or significantly enhanced the effect of MEK inhibitor cobimetinib. These findings highlight new molecular targets for drug development as well as novel drug combination approaches.

Hexanucleotide repeat expansions in the C9orf72 gene are the most common cause of amyotrophic lateral sclerosis and frontotemporal dementia (c9FTD/ALS). The nucleotide repeat expansions are translated into dipeptide repeat (DPR) proteins, which are aggregation-prone and may contribute to neurodegeneration. Studies in model organisms, including yeast and flies have converged upon nucleocytoplasmic transport as one underlying pathogenic mechanism, but a comprehensive understanding of the molecular and cellular underpinnings of DPR toxicity in human cells is still lacking. We used the bacteria-derived clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)-Cas9 system to perform genome-wide gene knockout screens for suppressors and enhancers of C9orf72 DPR toxicity in human cells. We validated hits by performing secondary CRISPR-Cas9 screens in primary mouse neurons. Our screens revealed genes involved in nucleocytoplasmic transport, reinforcing the previous findings from model systems. We also uncovered new potent modifiers of DPR toxicity whose gene products function in the endoplasmic reticulum (ER), proteasome, RNA processing pathways, and in chromatin modification. Since regulators of ER stress emerged prominently from the screens, we further investigated one such modifier, TMX2, which we identified as a modulator of the ER-stress signature elicited by C9orf72 DPRs in neurons. Together, this work identifies novel suppressors of DPR toxicity that represent potential therapeutic targets and demonstrates the promise of CRISPR-Cas9 screens to define mechanisms of neurodegenerative diseases.