01 文章背景簡介  

微管系統(tǒng)是神經(jīng)細(xì)胞骨架成分，可參與多種細(xì)胞功能。微管由微管蛋白及微管相關(guān)蛋白組成，Tau蛋白是含量最高的微管相關(guān)蛋白。正常腦中Tau蛋白的細(xì)胞功能是與微管蛋白結(jié)合促進(jìn)其聚合形成微管；與形成的微管結(jié)合，維持微管穩(wěn)定性，降低微管蛋白分子的解離，并誘導(dǎo)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(xì)胞器通常被膜包裹，但另一種分子組織形式是形成無膜細(xì)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(xì)胞區(qū)域內(nèi)，它們可以參與多種細(xì)胞過程，包括基因調(diào)控、發(fā)揮核糖體功能和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控。這些細(xì)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(jié)構(gòu)的特征，在液滴狀結(jié)構(gòu)中，特定的蛋白質(zhì)和核酸分子可以快速、可逆地凝結(jié)成離散的組合，并與周圍的細(xì)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(fù)雜性結(jié)構(gòu)域的蛋白參與了無膜細(xì)胞器的形成，并在體外經(jīng)歷LLPS形成液滴無膜細(xì)胞器，LLPS結(jié)構(gòu)的形成對涉及這些蛋白質(zhì)的正常生物學(xué)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(guān)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(guān)蛋白，與其他相分離蛋白和在無膜細(xì)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(xì)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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病（AD）和多種形式的額顳葉癡呆。這些疾病的特征是tau蛋白構(gòu)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(jié)構(gòu)域（PAD）的構(gòu)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(dǎo)致額顳葉癡呆伴17號染色體相關(guān)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(xué)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(jìn)非絲狀病原性tau蛋白構(gòu)象的形成。作者發(fā)現(xiàn)N端和微管結(jié)合域（mtbr）的存在會導(dǎo)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(guān)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(dǎo)致液滴動力學(xué)的降低，以及特定致病構(gòu)象和低聚體tau的時間依賴性增加，這些構(gòu)象和低聚體tau與tau毒性的機制有關(guān)。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(guān)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(fù)實驗

透射電鏡

膠體金標(biāo)記技術(shù)

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(xì)胞器是細(xì)胞滿足對細(xì)胞成分和反應(yīng)進(jìn)行時空調(diào)控的生物學(xué)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(guān)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(guān)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(xué)明顯降低。延長相分離的時間可以促進(jìn)有毒構(gòu)象的形成和寡聚反應(yīng)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(jìn)非絲狀病原性tau蛋白構(gòu)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(biāo)題 : 液-液相分離會誘導(dǎo)致病性Tau構(gòu)象形成，促進(jìn)老年癡呆的發(fā)生