新研究揭示小分子調控tau蛋白相分離和聚集的機制

細胞內的蛋白質、核酸等大分子通過液-液相分離（liquid-liquid phase separation，LLPS），動態組裝成高度濃縮且具有類似液體性質的凝聚體微區，執行不同的生物學功能。相分離的異常是多種神經退行性疾病發病機制中的早期誘發事件之一，目前已有研究發現包括TDP-43，FUS，Tau等在內的退行性疾病相關的蛋白，均能夠在細胞內和體外發生液-液相分離，并且在特定條件下促進液-固轉化，導致病理性聚集物的形成。由于蛋白質相分離與病理性聚集存在密切的關聯，靶向調控相分離過程和功能的小分子藥物，將有望為神經退行性疾病的預防和治療提供全新的思路。

Tau蛋白與阿爾茨海默癥等多種神經退行性疾病相關。在正常生理狀態下，tau蛋白具有結合微管并調控其組裝成束的功能。而在病理條件下，tau蛋白會形成以微管結合區域為核心的淀粉樣聚集物，近年研究還發現tau蛋白的相分離可能是導致tau蛋白淀粉樣聚集的促發因素。通過小分子藥物抑制tau蛋白的淀粉樣纖維化、解聚tau蛋白的毒性聚集體是治療tau蛋白相關疾病的策略之一。以往研究中發現亞甲基藍（MB）及其衍生物LMTM能夠有效抑制tau蛋白的淀粉樣聚集，但對于MB及其衍生物是否通過調控tau蛋白相分離發揮其抑制纖維化的活性尚不清楚。鑒于tau蛋白的相分離與其功能態和病理態存在的復雜關聯，深入研究MB及其衍生物對相分離態的調控作用、揭示該過程中涉及的分子間互作機制及其對tau蛋白淀粉樣聚集的影響具有重要的意義。

生物物理所柯莎課題組與湖北工業大學黃永棋課題組合作，系統地研究了MB通過調控tau蛋白LLPS抑制毒性聚集體生成的機制。首先，研究者發現MB及其衍生物LMTM能夠顯著促進tau蛋白的相分離，通過FRAP以及光鑷等實驗揭示MB能夠加速相分離態的tau蛋白液滴發生凝膠化。進一步通過NMR、FRET、以及分子對接等研究，揭示MB與tau蛋白的多個結構域發生廣泛的相互作用，促使tau蛋白構象伸展，促進tau蛋白形成分子間靜電作用和疏水作用網絡。與以往所認為的相分離態固化能夠加速淀粉樣聚集所不同的是，盡管MB促進了tau蛋白的相分離及凝膠化，但卻延緩了具有細胞毒性的tau蛋白淀粉樣纖維的生成。熒光成像及細胞毒性實驗顯示，與tau蛋白自身形成的纖維狀聚集體相比，MB誘導的tau蛋白相分離態及凝膠態降低了細胞毒性，同時對tau蛋白促進微管組裝的功能并無顯著影響。此外，以往的研究認為MB及其衍生物與tau蛋白內在半胱氨酸的互作及氧化作用，對其發揮抑制聚集的活性至關重要，然而本研究發現MB通過調控tau蛋白相分離態而抑制毒性聚集體生成的過程并不依賴于MB對tau蛋白的半胱氨酸的氧化作用。

上述研究結果表明，盡管MB分子通過與tau蛋白不同結構域的廣泛互作，加速了tau蛋白分子間相互作用網絡的形成，但這種分子間相互作用卻不利于具有細胞毒性的淀粉樣聚集體形成，從而揭示了MB通過調控tau蛋白相分離過程實現抑制其淀粉樣聚集的全新分子機制。上述研究成果于2023年9月6日在線發表在Nature Communications雜志，標題為Methylene blue accelerates liquid-to-gel transition of tau condensates impacting tau function and pathology。中國科學院生物物理所柯莎課題組項目研究員吳思和湖北工業大學黃永棋副教授、高萌博士為本文的共同通訊作者，黃永棋副教授與柯莎組博士后溫紀濤為本文的**作者，柯莎研究員對本工作的開展給予了重要指導，德國馬克斯·普朗克研究所Markus Zweckstetter教授課題組、美國肯特國立大學Hanbin Mao教授課題組、以及匹茲堡大學Junmei Wang教授課題組在核磁共振、光鑷和分子對接等方面也為本研究工作做出了重要貢獻。

本網站所有轉載文章系出于傳遞更多信息之目的，轉載內容不代表本站立場。不希望被轉載的媒體或個人可與我們聯系，我們將立即進行刪除處理。