Aspetti evolutivi, strutturali e funzionali del dominio N-terminale di TFEB.

TFEB is a master regulator of lysosomal biogenesis, autophagy and cellular energy metabolism; its function can be impaired in neurodegenerative diseases caused by expanded glutamine repeats, such as Huntington’s disease. In those diseases, TFEB activity can also improve proteostasis, showing its therapeutic potential. Previous observations suggest that the N-terminal domain of TFEB is recruited into polyQ proteins aggregates, and that it also contains a polyQ domain within a coiled coil structure. Emerging evidences show that evolutionary variations of polyQ tract can modulate functional activities of proteins. Based on these observations, we analized evolutionary and functional characteristics of the N-terminal domain of TFEB. The bioinformatic study of vertebrate’s polyQ length range showed a remarkable evolutionary variation from fishes to primates; moreover, in some taxa we found another polyQ tract in the C-terminal domain of TFEB. We also studied the possible correlation between evolutionary variation of polyQ length and metabolic parameters. Then, using biophysical, molecular and cellular techniques, we have deepened the structural and functional characterization of the N-terminal domain. Lastly, we studied the inhibition of intracellular polyQ protein aggregation mediated by some oligosaccharides that activate TFEB functions. This research defines the evolutionary trajectory of the N-terminal and polyQ domain of TFEB and helps to clarify their structural and functional role. Furthermore, it identifies possible mechanisms for reducing intracellular polyQ protein aggregation mediated by TFEB modulators, defining their therapeutical potential. ​

TFEB è un master regulator della biogenesi dei lisosomi, dell’autofagia e del metabolismo energetico cellulare, la cui funzione è alterata in patologie neurodegenerative, come la malattia di Huntington, legate all’espansione di ripetizioni di glutammina (polyQ). Inoltre, la modulazione della sua attività può migliorare la proteostasi in queste patologie, con potenziale impatto terapeutico. Precedenti osservazioni indicano che il dominio N-terminale di TFEB viene reclutato negli aggregati di proteine polyQ e che contiene un tratto polyQ in una struttura coiled coil (CC). Evidenze emergenti indicano che la variazione evolutiva dei tratti polyQ possa modulare l’attività funzionale delle proteine. Basandoci su queste premesse, abbiamo intrapreso una caratterizzazione evolutiva e funzionale del dominio N-terminale di TFEB. Un’analisi bioinformatica della variazione di lunghezza del suo tratto polyQ nei vertebrati ha rivelato una considerevole variazione evolutiva dai pesci ai primati e la presenza in alcuni taxa di un secondo tratto polyQ C-terminale. Abbiamo inoltre sviluppato un’analisi quantitiva della possibile correlazione tra variabilità evolutiva dei tratti polyQ e parametri legati all’attività metabolica. Successivamente, attraverso tecniche biofisiche, molecolari e cellulari abbiamo approfondito la caratterizzazione strutturale del dominio N-terminale ed il possibile ruolo funzionale. Infine, abbiamo studiato il ruolo di oligosaccaridi, noti per attivare TFEB, nell’inibizione dell’aggregazione intracellulare di proteine polyQ. Questa ricerca definisce le traiettorie evolutive e contribuisce a chiarire il ruolo strutturale e funzionale del dominio N-terminale di TFEB e del suo tratto polyQ. Inoltre, essa identifica possibili meccanismi di riduzione dell’aggregazione intracellulare di proteine polyQ da parte di composti modulatori dell’attività di TFEB con potenziale terapeutico.