鋅離子對人Tau蛋白致病結構形成的調控

《鋅離子對人Tau蛋白致病結構形成的調控》是依託武漢大學，由梁毅擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：鋅離子對人Tau蛋白致病結構形成的調控
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：梁毅
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

阿爾茨海默病等一系列神經退行性疾病的重要病理特徵之一就是主要由微管結合蛋白Tau所形成的神經纖維纏結，這些疾病給人類健康帶來了重大威脅。本項目以病理性過磷酸化修飾的人Tau蛋白及其病理突變體為研究對象，以非磷酸化及正常磷酸化修飾的人Tau蛋白為對照，運用生物物理學和細胞生物學的研究手段，研究鋅離子對人Tau蛋白致病結構形成的調控機制。一方面，在分子層面研究鋅離子對過磷酸化、正常磷酸化的人Tau蛋白錯誤摺疊動力學的影響，進而用固體核磁共振、透射電子顯微和原子力顯微鏡等技術在高級結構水平上比較鋅離子作用下過磷酸化、正常磷酸化及非磷酸化的人Tau蛋白錯誤摺疊聚集體的結構差異；另一方面，直接觀察鋅離子作用下人Tau蛋白聚集體在胞內的定位狀況，檢測鋅離子作用下人Tau蛋白聚集體的細胞毒性作用，在細胞水平研究鋅離子對人Tau蛋白及其病理突變體錯誤摺疊聚集體形成的調控，闡明其發揮毒性作用的機理。

結題摘要

阿爾茨海默病等一系列神經退行性疾病的重要病理特徵之一就是主要由微管結合蛋白Tau所形成的神經纖維纏結，這些疾病給人類健康帶來了重大威脅。人體內的Tau蛋白和鋅離子都主要富集在人中樞神經系統神經細胞的軸突中。我們利用可誘導的細胞模型研究了鋅離子對全長Tau蛋白病理突變體Tau-ΔK280磷酸化修飾和積聚的影響，發現全長Tau蛋白及其半胱氨酸突變體在SH-SY5Y細胞中都發生了異常磷酸化修飾和積聚，病理濃度鋅離子顯著促進了Tau-ΔK280的磷酸化修飾和積聚。Tau-ΔK280的積聚誘導細胞凋亡，有顯著的細胞毒性，鋅離子對Tau-∆K280積聚的促進作用則使凋亡加劇、細胞毒性增強。鋅離子與Tau蛋白及其半胱氨酸突變體在細胞中都有共定位，在體外都有相互作用，但其作用模式明顯不同。因此我們推測，鋅離子通過與Tau蛋白291位和322位半胱氨酸殘基的相互作用來促進Tau蛋白積聚和增強Tau蛋白毒性，291位、322位半胱氨酸突變後，該配位相互作用被破壞，鋅離子從而喪失促進Tau蛋白積聚和細胞毒性的能力。我們的實驗結果證明了在神經細胞中，病理濃度鋅離子促進了Tau蛋白病理突變體磷酸化修飾和積聚，進而加劇細胞凋亡和惡化阿爾茨海默病。我們還發現Tau蛋白在可誘導的SH-SY5Y細胞中的積聚和誘導內源Tau蛋白磷酸化修飾具有序列依賴性，兩段六肽序列PHF6和PHF6*雙缺失導致胞內Tau蛋白喪失生長纖維和誘導內源Tau蛋白磷酸化修飾的能力，重新插入外源纖維形成片段恢復胞內Tau蛋白積聚和誘導內源Tau蛋白磷酸化修飾的能力，插入無關片段胞內Tau蛋白仍不能積聚和誘導內源Tau蛋白磷酸化修飾。進一步研究發現Tau蛋白的積聚引發細胞早期凋亡也具有序列依賴性，正是纖維形成片段決定了Tau蛋白具有生長纖維、誘導神經細胞凋亡和誘發阿爾茨海默病的能力。我們建立了Tau蛋白序列依賴性積聚的細胞模型，為細胞水平神經退行性疾病的起因和發生提供了線索。實驗結果還表明，蛋白質二硫鍵異構酶（PDI）顯著抑制了Tau蛋白纖維化的過程，PDI對Tau蛋白生長纖維產生抑制作用主要通過PDI的a結構域與Tau蛋白微管結合核心區片段的互作來實現。上述研究揭示了鋅離子發揮毒性作用的機理和PDI抑制Tau蛋白錯誤摺疊的分子機制及其在蛋白質質量控制中的作用，並有助於對阿爾茨海默病的預防、早期診斷和治療。