We have extensively analyzed the biochemical and histochemical profiles of the tau protein from the rTg4510 transgenic mouse model in which the animals uniquely develop forebrain tau pathologies similar to those found in human tauopathies. Levels of several soluble phosphorylated tau species were highest at 1 month relative to later time points, suggesting that certain tau hyperphosphorylation events were insufficient to drive tangle formation in young mice. Despite a robust, pre-tangle-like accumulation of phospho-tau in 1-month-old mice, this material was cleared by 3 months, indicating that the young mouse brain either fails to facilitate tau insolubility or possesses an enhanced ability to clear tau relative to the adult. We also found that while heat shock protein expression increased with normal aging, this process was accelerated in rTg4510 mice. Moreover, by exploiting an exon 10 (-) specific antibody, we demonstrated that endogenous mouse tau turnover was slowed in response to human tau over-expression, and that this endogenous tau adopted disease-related properties. These data suggest that a younger brain fails to develop lasting tau pathology despite elevated levels of phosphorylated tau, perhaps because of reduced expression of stress-related proteins. Moreover, we show that the active production of small amounts of abnormal tau protein facilitates dysfunction and accumulation of otherwise normal tau, a significant implication for the pathogenesis of patients with Alzheimer's disease.

A primary pathologic component of Alzheimer's disease (AD) is the formation of neurofibrillary tangles composed of hyperphosphorylated tau (p-tau). Expediting the removal of these p-tau species may be a relevant therapeutic strategy. Here we report that inhibition of Hsp90 led to decreases in p-tau levels independent of heat shock factor 1 (HSF1) activation. A critical mediator of this mechanism was carboxy terminus of Hsp70–interacting protein (CHIP), a tau ubiquitin ligase. Cochaperones were also involved in Hsp90-mediated removal of p-tau, while those of the mature Hsp90 refolding complex prevented this effect. This is the first demonstration to our knowledge that blockade of the refolding pathway promotes p-tau turnover through degradation. We also show that peripheral administration of a novel Hsp90 inhibitor promoted selective decreases in p-tau species in a mouse model of tauopathy, further suggesting a central role for the Hsp90 complex in the pathogenesis of tauopathies. When taken in the context of known high-affinity Hsp90 complexes in affected regions of the AD brain, these data implicate a central role for Hsp90 in the development of AD and other tauopathies and may provide a rationale for the development of novel Hsp90-based therapeutic strategies.

TAR DNA binding protein-43 (TDP-43) is the pathologic substrate of neuronal and glial inclusions in frontotemporal lobar degeneration with ubiquitin-positive inclusions (FTDL-U) and in amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Mutations in the progranulin gene ( PGRN ) have been shown to cause familial FTLD-U. The relationship between progranulin and TDP-43 and their respective roles in neurodegeneration is unknown. We report that progranulin mediates proteolytic cleavage of TDP-43 to generate ∼35 and ∼25 kDa species. Suppression of PGRN expression with small interfering RNA leads to caspase-dependent accumulation of TDP-43 fragments that can be inhibited with caspase inhibitor treatment. Cells treated with staurosporine also induced caspase-dependent cleavage and redistribution of TDP-43 from its nuclear localization to cytoplasm. Altered cleavage and redistribution of TDP-43 in cell culture models are similar to findings in FTLD-U and ALS. The results suggest that abnormal metabolism of TDP-43 mediated by progranulin may play a pivotal role in neurodegeneration.

Abstract The core cytosolic Hsp90 chaperone/co-chaperone complex plays a critical role in proteostasis management of human health and disease. To identify novel compounds that alter the ability of the Hsp90 co-chaperone Aha1 to modulate the ATPase activity found in multiple folding diseases ranging from steroid hormone receptor (SHR) sensitive prostate cancer to tauopathies associated with neurodegenerative diseases, we employed a h igh t hroughput s creening (HTS) assay to monitor selectively A ha1- s timulated H sp90 (ASH) ATPase activity. The ASH assay identified SEW04784 (SEW), a small molecule that disrupts ASH activity without inhibiting the basal Hsp90 ATPase activity. NMR analysis reveals that SEW binds to the C-terminal domain of Aha1 to disrupt its asymmetric binding to Hsp90 leading to abrogation of its chaperoning activity of Hsp90. SEW exhibits therapeutic potential by blocking the transcriptional activity of prostate cancer (PCa) associated variants of the androgen receptor (AR) in a cell-based model of PCa. Additionally, SEW exhibits the ability to clear toxic, phosphorylated tau aggregated species associated with tauopathies. By not directly impacting the basal ATPase function of the abundant and ubiquitous Hsp90, SEW could provide a therapeutic approach for mitigation of client-specific proteostatic disease.