01 文章背景簡介  

微管系統(tǒng)是神經(jīng)細胞骨架成分，可參與多種細胞功能。微管由微管蛋白及微管相關蛋白組成，Tau蛋白是含量最高的微管相關蛋白。正常腦中Tau蛋白的細胞功能是與微管蛋白結合促進其聚合形成微管；與形成的微管結合，維持微管穩(wěn)定性，降低微管蛋白分子的解離，并誘導微管成束。Tau蛋白為含磷酸基蛋白，正常成熟腦中Tau蛋白分子含2～3個磷酸基。而阿爾茨海默癥（老年癡呆癥）等Tau蛋白病（Tauopathy）患者腦的Tau蛋白則異常過度磷酸化，每分子Tau蛋白可含5～9個磷酸基，并喪失正常生物功能。

細胞器通常被膜包裹，但另一種分子組織形式是形成無膜細胞器，通過這種形式，特定的生物分子被定位并集中在離散的亞細胞區(qū)域內(nèi)，它們可以參與多種細胞過程，包括基因調(diào)控、發(fā)揮核糖體功能和信號轉(zhuǎn)導調(diào)控。這些細胞器通過液液相分離（liquid－liquid phase separation，LLPS）過程可以顯示出液體狀結構的特征，在液滴狀結構中，特定的蛋白質(zhì)和核酸分子可以快速、可逆地凝結成離散的組合，并與周圍的細胞質(zhì)和核質(zhì)動態(tài)地交換生物分子。一些無序蛋白和包含低復雜性結構域的蛋白參與了無膜細胞器的形成，并在體外經(jīng)歷LLPS形成液滴無膜細胞器，LLPS結構的形成對涉及這些蛋白質(zhì)的正常生物學功能和病理過程具有重要意義。最近發(fā)現(xiàn)與阿爾茨海默病等疾病有關的tau蛋白會發(fā)生液－液相分離。

Tau蛋白是一種內(nèi)在無序的微管相關蛋白，與其他相分離蛋白和在無膜細胞器中發(fā)現(xiàn)的蛋白具有許多相同的特性，并且可能參與神經(jīng)元和其他細胞的相分離。一些研究表明，Tau相分離的生理作用可能包括RNA調(diào)控、應力顆粒的形成和微管聚合成核。其相分離會受到多種因素影響，如蛋白質(zhì)不同結構域之間的靜電相互作用、賴氨酸氨基酸的組成、翻譯后的修飾、多肽鏈的延伸和與其他蛋白質(zhì)或RNAs的相互作用。這些說明了tau不僅僅是一種微管穩(wěn)定蛋白，還可以作為LLPS結構組成部分發(fā)揮作用。

Tau蛋白在Tau蛋白病中發(fā)揮許多作用，這些疾病包括阿爾茨海默氏�。ˋD）和多種形式的額顳葉癡呆。這些疾病的特征是tau蛋白構象的異常和致病變化、蛋白的寡聚以及tau蛋白磷酸化的增加。氨基酸末端磷酸酶激活結構域（PAD）的構象顯示，可溶性寡聚物的形成，以及AT8磷酸化表位的存在可以賦予tau蛋白毒性。在tau蛋白中脯氨酸301突變?yōu)榱涟彼幔≒301L）時毒性尤其明顯，其突變可導致額顳葉癡呆伴17號染色體相關的帕金森病（FTDP－17）的發(fā)生 。目前，驅(qū)動tau從正常單體向病理形態(tài)轉(zhuǎn)變的過程、調(diào)節(jié)tau LLPS的因素以及tau LLPS是否產(chǎn)生致病的tau物質(zhì)等信息，尚不清楚。

來自美國密歇根州立大學的Nicholas M． Kanaan等人于2020年發(fā)表在《Nature communications》（Q1，IF：14．9）題為“Liquid－liquid phase separation induces pathogenic tau conformations in vitro”的文章：揭示了tau蛋白的相分離可能促進非絲狀病原性tau蛋白構象的形成。作者發(fā)現(xiàn)N端和微管結合域（mtbr）的存在會導致全長、野生型的tau蛋白在生理水平上發(fā)生LLPS。與疾病相關的P301L和AT8修飾在體外顯著增強了LLPS。重要的是，作者證明長時間的LLPS會導致液滴動力學的降低，以及特定致病構象和低聚體tau的時間依賴性增加，這些構象和低聚體tau與tau毒性的機制有關。以上研究揭示了tau LLPS在產(chǎn)生神經(jīng)毒性的潛在作用，并為疾病相關修飾對tau相分離的影響提供了見解。

02，所用到的主要方法

共聚焦顯微鏡

熒光漂白恢復實驗

透射電鏡

膠體金標記技術

硫黃素S熒光測定

蛋白質(zhì)印跡法

03 文章主要內(nèi)容摘要

通過液－液相分離形成無膜細胞器是細胞滿足對細胞成分和反應進行時空調(diào)控的生物學要求的一種途徑。最近，tau蛋白被發(fā)現(xiàn)會發(fā)生液－液相分離，使其成為與神經(jīng)退行性疾病相關的幾種蛋白之一。在這里，作者證明了在類似生理條件的緩沖液中，tau蛋白可以在生理蛋白水平形成動態(tài)液滴。AT8磷酸化和與遺傳性Tau病相關的P301L Tau突變等修飾可以顯著增強Tau液滴的形成，而這些修飾形式的tau液滴動力學明顯降低。延長相分離的時間可以促進有毒構象的形成和寡聚反應的發(fā)生，例如P301L tau蛋白經(jīng)延長相分離后，會形成最大的寡聚物，但不會出現(xiàn)真正的絲狀聚集。本文揭示了tau蛋白的相分離可能促進非絲狀病原性tau蛋白構象的形成，在阿爾茨海默老年癡呆病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用。

       原文標題 : 液-液相分離會誘導致病性Tau構象形成，促進老年癡呆的發(fā)生