阿爾茲海默癥作為高知名度的神經(jīng)退行性疾病,時(shí)至今日仍然沒有完全的方法。阿爾茲海默病為典型的兩大特點(diǎn)是β-淀粉樣蛋白和Tau 蛋白在神經(jīng)元內(nèi)累積。Tau 蛋白是神經(jīng)纖維纏結(jié)的主要組分,也是阿爾茨海默癥等一系列神經(jīng)退行性疾病的標(biāo)記物。
在阿爾茨海默癥發(fā)病過程中,tau 蛋白的異常磷酸化會導(dǎo)致配對螺旋樣纖維 (PHF) 和神經(jīng)纖維纏結(jié) (NFT) 的形成。這會引起細(xì)胞內(nèi)阻塞,破壞細(xì)胞并引發(fā)神經(jīng)元功能障礙,導(dǎo)致認(rèn)知能力下降。
然而關(guān)于tau 蛋白特異性位點(diǎn)和過度磷酸化之間的聯(lián)系仍然未知。因此,這一項(xiàng)研究就從這個角度出發(fā),證明了兩者之間的關(guān)系。
為了解決tau蛋白位點(diǎn)與磷酸化之間的關(guān)系,研究人員猜想:tau蛋白磷酸化在不同位點(diǎn)間是“相互依賴”的,即一個位點(diǎn)的初始磷酸化會調(diào)節(jié)另一個位點(diǎn)的磷酸化狀態(tài)。通過體外培養(yǎng)293T細(xì)胞表達(dá)不同的tau蛋白突變體,研究人員對這種相互依賴式的磷酸化位點(diǎn)進(jìn)行了篩選研究。通過SDS-PAGE、Immunoblots等方法研究人員獲得了以下三方面數(shù)據(jù):(i)SP/TP前位點(diǎn)磷酸化,(ii)SP/TP激酶活性增加,和(iii)SP/TP位點(diǎn)磷酸化狀態(tài)。
進(jìn)一步地,研究人員將這種方法擴(kuò)展到17個SP/TP初始磷酸化位點(diǎn)和12個激酶,產(chǎn)生了10個與激酶活性和初始磷酸化有關(guān)的多維數(shù)據(jù)集。對12個SP/TP激酶的分析證明了研究人員開始的猜測,即不同的磷酸化位點(diǎn)間存在相互依賴性,并且主要表現(xiàn)為正調(diào)節(jié)。對上述數(shù)據(jù)集進(jìn)行聚類分析后,研究人員發(fā)現(xiàn)T181,T205,T212,S404和S422是PRR和CTR內(nèi)通過tau磷酸化相互依賴性調(diào)節(jié)的主要位點(diǎn)。此外,研究人員還發(fā)現(xiàn)對連續(xù) tau 磷酸化的關(guān)鍵貢獻(xiàn)來自 NTR 和 PRR 中特定主位點(diǎn)的初始磷酸化,初始磷酸化可以改變激酶對 tau 蛋白的位點(diǎn)特異性活性。
為了驗(yàn)證上述機(jī)制是否也存在于健康大腦中。研究人員對tau蛋白 的 AT8 表位內(nèi)的關(guān)鍵殘基T205進(jìn)行了分析研究。通過CRISPR-Cas9敲除小鼠模型,研究人員證實(shí)了在 T205可調(diào)節(jié)多個表位的生理性 tau蛋白磷酸化,并且在體外培養(yǎng)細(xì)胞中預(yù)測的位點(diǎn)相互依賴性適用于腦組織中的內(nèi)源性 tau蛋白。由于小鼠和人在tau 蛋白上具有高度相似的磷酸化表位,因此,在小鼠模型上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也可類推到人身上。研究人員又通過表達(dá)人tau蛋白與其突變體的阿爾茲海默癥轉(zhuǎn)基因小鼠模型對T50,T69和T181等三個主要位點(diǎn)進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果與研究人員的相互依賴性預(yù)測一致,在多個病理相關(guān)表位上,人tau蛋白的Aβ相關(guān)磷酸化受主位點(diǎn)調(diào)控。此外,主位點(diǎn)T181的消融調(diào)節(jié)了Aβ相關(guān)認(rèn)知缺陷。
研究人員又對p38α-tau 相互作用機(jī)制中的主要位點(diǎn)T50A、T69A 和 T181A進(jìn)行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)T50、T69 或 T181 的消融使 tau 不太容易在多個位點(diǎn)被 p38α 磷酸化,而p38α 對 T181 的磷酸化先于 PRR 的后續(xù)多位點(diǎn)磷酸化。并且激酶反應(yīng)中的 CTR 表位在不同的時(shí)間點(diǎn)停止。這些結(jié)果表明與p38α協(xié)同作用的主要位點(diǎn)的磷酸化是多個表位上廣泛且相互依賴的tau磷酸化所必需的。
綜上所述,這項(xiàng)研究為我們揭示了在阿爾茲海默癥中的關(guān)鍵蛋白tau是如何進(jìn)行特異性磷酸化和過度磷酸化,并對其不同位點(diǎn)的磷酸化相互作用進(jìn)行了分析。為我們了解阿爾茲海默癥的發(fā)病原因,開發(fā)針對性的藥物提供了新策略。