Multi-omic analysis of selectively vulnerable motor neuron subtypes implicates altered lipid metabolism in ALS

肌萎缩侧索硬化 诱导多能干细胞 生物 神经科学 SOD1 神经退行性变 C9orf72 运动神经元 表型 基因 遗传学 医学 病理 脊髓 三核苷酸重复扩增 疾病 等位基因 胚胎干细胞
作者
Ho-Jae Lee,Jae Jin Lee,Na-Young Park,Sandeep Kumar Dubey,Tae-Yong Kim,Kai Ruan,Su Bin Lim,Seong‐Hyun Park,Shinwon Ha,Irina Kovlyagina,Kyung‐Tai Kim,Seongjun Kim,Yohan Oh,Hyesoo Kim,Sung-Ung Kang,Mi‐Ryoung Song,Thomas E. Lloyd,Nicholas J. Maragakis,Young Bin Hong,Hyungjin Eoh
出处
期刊:Nature Neuroscience [Nature Portfolio]
卷期号:24 (12): 1673-1685 被引量:58
标识
DOI:10.1038/s41593-021-00944-z
摘要

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a devastating disorder in which motor neurons degenerate, the causes of which remain unclear. In particular, the basis for selective vulnerability of spinal motor neurons (sMNs) and resistance of ocular motor neurons to degeneration in ALS has yet to be elucidated. Here, we applied comparative multi-omics analysis of human induced pluripotent stem cell-derived sMNs and ocular motor neurons to identify shared metabolic perturbations in inherited and sporadic ALS sMNs, revealing dysregulation in lipid metabolism and its related genes. Targeted metabolomics studies confirmed such findings in sMNs of 17 ALS (SOD1, C9ORF72, TDP43 (TARDBP) and sporadic) human induced pluripotent stem cell lines, identifying elevated levels of arachidonic acid. Pharmacological reduction of arachidonic acid levels was sufficient to reverse ALS-related phenotypes in both human sMNs and in vivo in Drosophila and SOD1G93A mouse models. Collectively, these findings pinpoint a catalytic step of lipid metabolism as a potential therapeutic target for ALS. By comparing human induced pluripotent stem cell-derived spinal and ocular motor neurons, the authors identify low levels of a natural 5-lipoxygenase inhibitor in amyotrophic lateral sclerosis (ALS) spinal motor neurons. Functional analogs of 5-lipoxygenase inhibitors can ameliorate in vitro and in vivo ALS phenotypes.
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