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Cytoplasmic TDP-43 Accumulation in Autosomal Recessive Spastic Ataxia of Charlevoix–Saguenay

Published online by Cambridge University Press:  21 October 2026

Alexandre Paquet
Affiliation:
Departement of Surgery, Laval University, Canada Division of Regenerative Medicine, CHU de Quebec Research Center, Canada
Lydia Touzel-Deschênes
Affiliation:
Departement of Surgery, Laval University, Canada Division of Regenerative Medicine, CHU de Quebec Research Center, Canada
Vincent Roy
Affiliation:
Departement of Surgery, Laval University, Canada Division of Regenerative Medicine, CHU de Quebec Research Center, Canada
Jean-Denis Brisson
Affiliation:
Centre de recherche du Centre hospitalier universitaire de Sherbrooke (CRCHUS), Canada Faculté de médecine et des sciences de la santé, Université de Sherbrooke, Canada Groupe de recherche interdisciplinaire sur les maladies neuromusculaires (GRIMN), Centre intégré universitaire de santé et de services sociaux du Saguenay-Lac-St-, Canada Clinique des maladies neuromusculaires, Centre de recherche du Centre intégré universitaire du Saguenay-Lac-St-Jean, Canada
Jean Mathieu
Affiliation:
Centre de recherche du Centre hospitalier universitaire de Sherbrooke (CRCHUS), Canada Faculté de médecine et des sciences de la santé, Université de Sherbrooke, Canada Groupe de recherche interdisciplinaire sur les maladies neuromusculaires (GRIMN), Centre intégré universitaire de santé et de services sociaux du Saguenay-Lac-St-, Canada Clinique des maladies neuromusculaires, Centre de recherche du Centre intégré universitaire du Saguenay-Lac-St-Jean, Canada
Nicolas Dupré
Affiliation:
Division of Regenerative Medicine, CHU de Quebec Research Center, Canada Department of Neurological Sciences, Faculty of Medicine, Laval University, Canada
Stephan Saikali
Affiliation:
Department of Medical Biology, Division of Anatomic Pathology and Neuropathology, CHU de Québec-Université Laval, Canada
François Gros-Louis*
Affiliation:
Departement of Surgery, Laval University, Canada Division of Regenerative Medicine, CHU de Quebec Research Center, Canada
*
Corresponding author: François Gros-Louis; Email: francois.gros-louis@fmed.ulaval.ca
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Abstract

Background:

Autosomal recessive spastic ataxia of Charlevoix–Saguenay (ARSACS) is a rare, early-onset neurodegenerative disorder characterized by progressive cerebellar ataxia, spasticity and peripheral neuropathy. It is caused by biallelic mutations in the SACS gene, which encodes sacsin, a large protein involved in cytoskeletal organization and mitochondrial homeostasis, and protein quality control. Despite advances in understanding sacsin biology, the molecular mechanisms underlying neurodegeneration in ARSACS remain incompletely understood. Here, we report the first neuropathological evidence of pathological TAR DNA-binding protein 43 (TDP-43) accumulation in ARSACS.

Methods:

Available postmortem brain tissue from a genetically confirmed ARSACS patient homozygous for the Quebec founder mutation (SACS c.8844delT) was analyzed by immunohistochemistry, immunofluorescence and biochemical fractionation.

Results:

Neurons in the prefrontal cortex, motor cortex and cerebellum exhibited cytoplasmic phosphorylated dot-like TDP-43 (pTDP-43) aggregates with reduced nuclear localization. Biochemical fractionation further identified detergent-insoluble TDP-43 species in ARSACS tissue. Additional pathological features included increased neurofilament accumulation, vacuole-like neuronal changes, Purkinje cell loss and p62-positive cytoplasmic inclusions. Similar dot-like cytoplasmic pTDP-43 aggregates were observed in a second ARSACS case.

Conclusion:

These findings identify pTDP-43 as a previously unrecognized pathological feature of ARSACS. While the patient exhibited no clinical or histopathological signs of amyotrophic lateral sclerosis, the presence of atypical pTDP-43 aggregates observed in ARSACS may represent a rare, secondary, early-stage or potentially underrecognized manifestation of TDP-43 pathology rather than a defining hallmark of the disease. Further studies in additional patients and experimental ARSACS models will be required to determine the prevalence and mechanistic basis of TDP-43 abnormalities in this disorder.

Résumé

RÉSUMÉContexte :

L’ataxie spastique autosomique récessive de Charlevoix–Saguenay (ARSACS) est un trouble neurodégénératif, à début précoce, rare, qui se caractérise par une ataxie cérébelleuse évolutive, de la spasticité et une neuropathie périphérique. La maladie est causée par des mutations bialléliques du gène SACS, qui code la sacsine, une grosse protéine jouant un rôle dans l’organisation cytosquelettique et l’homéostasie mitochondriale, et dans le contrôle de la qualité des protéines. Malgré les progrès réalisés en matière de compréhension de la biologie de la sacsine, les mécanismes moléculaires sous-jacents à la neurodégénérescence dans l’ARSACS restent, du moins en partie, nébuleux. Les auteurs font donc état ici, pour la première fois, de la mise en évidence neuropathologique de l’accumulation pathologique de la protéine de liaison à l’ADN TAR-43 (TDP-43) dans l’ARSACS.

Méthode :

L’étude consiste en un examen post mortem du tissu cérébral d’un patient atteint de l’ARSACS et porteur homozygote génétiquement confirmé de la mutation à effet fondateur au Québec (SACS c.8844delT), examen effectué par immunohistochimie, en immunofluorescence et par fractionnement biochimique.

Résultats :

Les neurones situés dans le cortex préfrontal, le cortex moteur et le cervelet ont montré à l’examen la présence d’agrégats de TDP-43 (pTDP-43) phosphorylés et punctiformes, dans le cytoplasme, ainsi qu’une réduction de la localisation nucléaire. Le fractionnement biochimique a également permis de mettre en évidence des espèces de TDP-43 insolubles aux détergents dans les tissus touchés par l’ARSACS. D’autres signes pathologiques ont aussi été relevés, notamment une accumulation accrue de neurofilaments, des changements neuronaux en forme de vacuole, la perte de cellules de Purkinje et des inclusions cytoplasmiques positives à la p62. Enfin, des agrégats cytoplasmiques et punctiformes de pTDP-43 similaires ont été observés dans un second cas d’ARSACS.

Conclusion :

Ces résultats permettent de reconnaître la pTDP-43 comme un signe pathologique jusque-là inconnu de l’ARSACS. Malgré l’absence de signes cliniques ou histopathologiques de sclérose latérale amyotrophique chez le patient, la présence d’agrégats atypiques de TDP-43, observée dans l’ARSACS peut représenter une manifestation rare, secondaire, précoce ou possiblement peu reconnue des anomalies de la TDP-43 plutôt qu’un signe d’appel de la maladie. D’autres études s’imposent donc dans d’autres modèles expérimentaux et cliniques de l’ARSACS afin d’établir la prévalence et le fondement mécanique des anomalies de la TDP-43 dans ce trouble.

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Copyright
© The Author(s), 2026. Published by Cambridge University Press on behalf of Canadian Neurological Sciences Federation
Figure 0

Figure 1. Immunohistochemistry (IHC) staining using different antibodies in different brain regions. (A, B, C) IHC staining revealed aggregates of positively labeled phosphorylated TAR DNA-binding protein 43 (pTDP-43) (dot-like inclusions; arrows) in the cytoplasm of neurons in prefrontal cortex, motor cortex and cerebellum from an autosomal recessive spastic ataxia of Charlevoix–Saguenay (ARSACS) patient (D, E, F). Increased neurofilament light (NF-L) expression was detected in the prefrontal cortex, motor cortex and cerebellum in the brain of ARSACS patient. Intense somatodendritic neurofilament accumulations were also detected, with abnormal clear vacuole-like structures within neurons (arrow heads). Some neurons were also found to be enlarged (*). (G, H, I) Positively labeled p62 in neural cells in the brain of an ARSACS patient in the prefrontal cortex, motor cortex and cerebellum. Cerebellar cells featured in (C), (F) and (I) are, respectively, Purkinje neuron, neurons from the dentate nucleus and neurons from the molecular layer. Magnification: 200× (G, H, I) and 400× (A–F). Scale bar = 20 µm.

Figure 1

Figure 2. Comparison of phosphorylated TAR DNA-binding protein 43 (pTDP-43) protein inclusions in the motor cortex, prefrontal cortex and cerebellum of an autosomal recessive spastic ataxia of Charlevoix–Saguenay (ARSACS) and an amyotrophic lateral sclerosis (ALS) patient. Representative immunohistochemical staining shows distinct morphologies of pTDP-43-positive inclusions in the motor cortex (A, D), prefrontal cortex (B, E) and cerebellum (C, F) from an ALS patient (A–C) and an ARSACS patient (D–F). Insets highlight examples of filamentous or large aggregated forms of pTDP-43 (i–ii). Scale bar = 20 µm. Magnification: 400×. (G) Quantification of the percentage of cells containing pTDP-43-positive inclusions across 50 microscopic fields per region with 2 separate observations made by distinct observers. Data are expressed as mean ± 95% confidence interval. Each dot represents an observation. Letters (a, b) indicate statistically significant differences between groups as determined by one-way Analysis of Variance (ANOVA) followed by a post hoc Tukey test. sALS = sporadic amyotrophic lateral sclerosis.

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