顆粒在線訊：近日，《美國化學(xué)會志》在線發(fā)表中國科學(xué)院生物物理研究所研究員柯莎研究組等的研究論文Conformational expansion of Tau in condensates promotes irreversible aggregation。該研究利用單分子熒光技術(shù)，揭示Tau蛋白發(fā)生液-液相分離過程中的構(gòu)象動態(tài)變化及其與不可逆淀粉樣聚集發(fā)生的相關(guān)分子機(jī)制。

　　生物大分子相變是近年來生物學(xué)領(lǐng)域新興的研究熱點，生物大分子通過液-液相分離可動態(tài)組裝成無膜細(xì)胞器，執(zhí)行多種重要生物學(xué)功能。大多數(shù)參與相分離的蛋白質(zhì)均含有低復(fù)雜度區(qū)域或天然無序區(qū)域，它們的異常液-液相分離及液-固相轉(zhuǎn)變可導(dǎo)致疾病發(fā)生。Tau蛋白作為一種無序蛋白，在正常生理狀態(tài)下，具有結(jié)合微管并調(diào)控其組裝成束和穩(wěn)定性的功能。全長Tau蛋白包含N端結(jié)構(gòu)域、脯氨酸富集結(jié)構(gòu)域、含有四個不完整重復(fù)序列的微管結(jié)合結(jié)構(gòu)域，以及C端結(jié)構(gòu)域。Tau蛋白異常聚集形成纖維纏結(jié)被認(rèn)為與多種神經(jīng)退行性疾病發(fā)生密切相關(guān)。近年已有研究發(fā)現(xiàn)，Tau蛋白在不同條件下發(fā)生相分離的現(xiàn)象，并揭示Tau蛋白相分離能夠促進(jìn)微管蛋白成核和組裝成束。然而，關(guān)于Tau蛋白在相分離過程中發(fā)生的結(jié)構(gòu)域間構(gòu)象變化，及其與不可逆淀粉樣聚集發(fā)生的關(guān)系卻尚未明確。

　　單分子熒光技術(shù)具有探測系綜體系中大分子的亞組分分布及其動態(tài)轉(zhuǎn)化的優(yōu)勢，是研究天然無序蛋白（intrinsically disordered proteins，IDP）構(gòu)象與動態(tài)的有力工具。近年柯莎研究組以單分子熒光技術(shù)作為主要研究手段，開展一系列關(guān)于蛋白構(gòu)象動態(tài)以及互作機(jī)制、蛋白質(zhì)淀粉樣聚集的分子機(jī)制的研究工作，促進(jìn)了在單分子水平上理解蛋白質(zhì)折疊、變構(gòu)、組裝動態(tài)機(jī)制及其與功能的關(guān)系。

　　該研究利用單分子FRET技術(shù)和熒光相關(guān)光譜技術(shù)（fluorescence correlation spectroscopy，F(xiàn)CS）研究了Tau蛋白相分離過程中的分子內(nèi)構(gòu)象變化及分子間互作。結(jié)果顯示，Tau蛋白在相分離狀態(tài)下，其N端和C端結(jié)構(gòu)域打開，暴露出位于中間的微管結(jié)合區(qū)域。上述變化打破天然態(tài)Tau蛋白單體的“paperclip”穩(wěn)定構(gòu)象狀態(tài)，促進(jìn)了Tau蛋白分子間相互作用，使之在納摩爾濃度下形成納米尺度的寡聚體，臨界濃度僅為10 nM。這些寡聚體作為核心促進(jìn)高濃度下Tau蛋白液-液相變的發(fā)生。相變所導(dǎo)致的Tau蛋白結(jié)構(gòu)域打開、構(gòu)象伸展及分子間寡聚體形成，促進(jìn)Tau蛋白發(fā)生以微管結(jié)合區(qū)域為核心的不可逆淀粉樣纖維化，而與疾病相關(guān)的P301L和P301S突變體則可顯著加速纖維化的進(jìn)程。

　　該研究從單分子水平揭示了Tau蛋白發(fā)生相分離的機(jī)制，為深入理解蛋白質(zhì)從天然態(tài)到功能性相分離態(tài)、以及進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為病理聚集物的過程提供新線索。研究得到科技部、國家自然科學(xué)基金委等資助。

單分子FRET和FCS技術(shù)研究Tau蛋白在相分離狀態(tài)下的構(gòu)象變化及其與不可逆纖維化的關(guān)系