Cell | 新型神经退行性疾病治疗方法:利用tau的“自私”本性,消灭它自己

文摘   2024-09-23 23:56   浙江  
NeuroWorld

神经世界 报道

蛋白质聚集是导致许多神经退行性疾病的主要原因之一。我们如何有效地去除这些有毒的聚集体,同时不影响正常蛋白质的功能呢?

2024年9月10日,来自美国加州大学洛杉矶分校的研究团队在 Cell 期刊在线发表了一篇题为 Co-opting templated aggregation to degrade pathogenic tau assemblies and improve motor function(利用模板聚集降解病理性tau蛋白组装体并改善运动功能)的研究论文。这篇研究描述了一种名为"RING-Bait"的治疗策略,它利用聚集蛋白序列与E3泛素连接酶TRIM21的RING结构域融合,可以靶向并降解神经细胞中的tau蛋白聚集体,从而改善tau相关疾病小鼠的运动功能。


具体来说,“RING-Bait” 巧妙地利用了tau蛋白自身聚集的特性来实现对病理性聚集体的专一性降解。其中,RING-Bait融合蛋白由两部分组成:一是tau蛋白序列,作为"Bait"部分;二是来自E3泛素连接酶TRIM21的RING结构域。当这种融合蛋白进入细胞后,tau-RING部分会被recruited到正在形成的tau蛋白聚集体中。这种聚集诱导会激活RING结构域的E3泛素连接酶活性,从而将聚集体标记上泛素,最终被细胞的蛋白酶体降解系统清除。与传统的抗体疗法不同,RING-Bait融合蛋白无需进入细胞外部直接识别并结合tau聚集体,而是巧妙地利用了tau自身聚集的“自私”本性,让tau聚集体主动"吞噬"了自己的降解机制。这不仅提高了针对性,也避免了抗体难以进入细胞内的局限性。




聚集依赖性降解




研究人员发现,表达tau-RING融合蛋白能有效降低HEK293细胞中的tau蛋白聚集体,而不影响可溶性tau蛋白水平。进一步研究发现,这一过程依赖于RING结构域的活性,以及泛素-蛋白酶体通路的参与。如图1所示,在TVA细胞中,表达野生型tau-RING融合蛋白可使tau蛋白聚集体减少约80%,而表达不活性的tau-RING(M72E/I18R)突变体则无此效果。同时,抑制泛素化或蛋白酶体功能都会显著减弱tau-RING融合蛋白对聚集体的降解作用。这表明,RING-Bait策略能够通过聚集诱导的RING结构域活化,招募细胞蛋白降解通路特异性地降解tau蛋白聚集体。




预防种子诱导的聚集




研究人员还检测了tau-RING融合蛋白对不同来源tau聚集物诱发的tau聚集的影响。如图3所示,在HEK293细胞中,表达与tau聚集具有结构相似性的tau-RING融合蛋白,能有效降低阿尔兹海默症(AD)和Progressive Supranuclear Palsy(PSP)患者脑来源tau聚集物诱发的tau聚集。这表明,RING-Bait策略对于预防不同疾病相关的tau聚集都具有一定效果。




降低神经元中的tau病理




为了验证RING-Bait策略在神经元中的应用,研究人员将含有tau-RING融合蛋白基因的病毒载体感染了初代P301S tau转基因小鼠神经元。如图4所示,在神经元中表达tau-RING融合蛋白能显著降低种子诱导的tau聚集,抑制高达75%。这一结果表明,RING-Bait策略在神经元中也能有效靶向和降解tau蛋白聚集体。




改善小鼠运动功能




最后,研究人员通过尾静脉注射含有tau-RING融合蛋白基因的病毒载体,研究其在P301S tau转基因小鼠体内的治疗效果。如图5所示,与对照组相比,tau-RING融合蛋白治疗组小鼠大脑中的tau聚集严重程度显著降低,包括总tau蛋白和磷酸化tau蛋白。值得注意的是,这一治疗效果还转化为小鼠运动功能的改善,如步幅和通过时间的改善。这表明,RING-Bait策略不仅能降低tau病理,还能改善相关的神经功能障碍。




总结




RING-Bait策略通过将E3泛素连接酶RING结构域融合到聚集蛋白序列上,能有效靶向并降解神经细胞中的病理性tau蛋白聚集体,从而改善相关疾病动物模型的表型。这为开发针对神经退行性疾病的新型治疗提供了一种思路。

论文链接
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00912-7

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