通过其质子化氨基酸的电还原触发的Tau蛋白折叠与组装过程

《ACS Electrochemistry》：Tau Folding and Assembly Triggered by Electroreduction of Its Protonated Amino Acids

电荷中性的tau蛋白通过电化学还原诱导β-纤维形成，结合圆二色光谱和动态光散射实时监测结构演变，并利用该方法快速筛选小分子分散剂如EGCG。

　　本研究探讨了一种通过电化学方法诱导tau蛋白形成β-结构纤维的新方法。这一方法不仅能够替代传统依赖磷酸化修饰的手段，还能够在无需任何辅因子的情况下快速形成tau纤维。该技术结合了电化学还原、圆二色光谱（CD）和紫外吸收光谱（UV）等手段，实现对tau蛋白构象变化的实时监测和动力学分析。研究发现，电化学还原能够有效地中和tau蛋白中带正电的氨基酸残基，从而触发其不可逆的聚集过程，形成富含β-结构的纤维。这一过程在15分钟内即可完成，为快速筛选小分子药物提供了新的可能性，特别是在阿尔茨海默病和其他tau蛋白病相关的研究中。

tau蛋白在生理条件下通常与微管结合，其功能受到磷酸化修饰的调控。磷酸化通过中和电荷来改变tau的构象，使其从可溶性状态转变为不溶性的β-结构纤维。然而，传统的体外实验中，tau蛋白的聚集往往需要依赖辅因子如肝素或RNA来克服静电相互作用，促进纤维的形成。尽管这些辅因子在诱导tau纤维方面有效，但它们可能会影响纤维的结构和稳定性，且无法模拟体内复杂的磷酸化过程。此外，辅因子与纤维的强结合可能干扰对小分子药物效果的评估，因为这些药物可能无法在辅因子存在的情况下表现出其真实的作用机制。

本研究提出了一种新的方法，通过电化学还原来模拟磷酸化诱导的电荷中和过程。这种方法的核心在于利用铂电极的负电荷特性，直接中和tau蛋白中的带正电氨基酸，如赖氨酸和组氨酸，从而促进其构象变化和纤维形成。实验结果显示，随着电化学还原电位的增加，tau蛋白的β-结构含量和纤维形态发生显著变化。在较低电位下，主要形成的是α-螺旋和β-折叠的混合结构；而在较高电位下，β-结构的占比显著增加，纤维变得更加密集和有序。这些结果表明，电化学还原不仅能够控制tau蛋白的电荷状态，还能影响其构象转变和纤维形成过程。

进一步的实验验证了该方法在小分子药物筛选中的应用潜力。研究中使用的EGCG（表没食子儿茶素没食子酸酯）是一种天然多酚，已被证明能够有效分解tau纤维。实验发现，EGCG在不同浓度下均能显著降低电化学诱导形成的tau纤维的荧光强度，表明其对β-结构的破坏作用。同时，透射电子显微镜（TEM）图像显示，EGCG处理后，原本密集的纤维结构被分解为更小的聚集体。这表明，电化学诱导形成的tau纤维在结构和行为上与体内病理状态下的纤维相似，因此可以作为有效的模型用于评估小分子药物对tau聚集的抑制和纤维分解的能力。

除了EGCG，研究还评估了其他小分子如姜黄素和亚甲蓝对电化学诱导tau纤维的解聚效果。这些化合物在不同浓度下均表现出对纤维结构的破坏作用，且其效果与EGCG类似。这一发现不仅拓宽了电化学方法在药物筛选中的应用范围，还为开发新的抗阿尔茨海默病药物提供了新的研究方向。此外，研究还发现，电化学方法能够在短时间内形成纤维，相较于传统的辅因子诱导方法，大大提高了实验效率。

研究中采用的电化学方法具有多个优势。首先，它能够实现对tau蛋白电荷状态的精确控制，从而模拟体内磷酸化修饰的效果。其次，该方法能够在短时间内形成纤维，使得实验操作更加高效。最后，通过结合圆二色光谱和紫外吸收光谱，研究者能够实时监测tau蛋白的构象变化，为理解其聚集机制提供了新的视角。这些技术手段不仅能够揭示tau蛋白在电化学条件下的动态行为，还能帮助识别影响其聚集的关键氨基酸残基。

尽管电化学方法在诱导tau蛋白聚集方面表现出色，但其与传统辅因子诱导方法相比仍存在一些差异。例如，电化学诱导的纤维在结构上与体内病理纤维有所不同，且其形成过程可能受到电极表面物理约束的影响。此外，电化学还原过程中产生的局部pH梯度和电场可能对tau蛋白的构象转变起到重要作用。这些因素共同作用，使得电化学诱导的纤维具有一定的异质性，但同时也为研究tau蛋白的聚集机制提供了更多的可能性。

本研究的结果表明，电化学方法可以作为一种有效的工具，用于模拟和研究tau蛋白的聚集过程。该方法不仅避免了辅因子的使用，还能够在短时间内形成纤维，从而为快速药物筛选提供了平台。此外，通过实时监测构象变化，研究者能够更深入地理解tau蛋白在不同电化学条件下的行为，为开发新的治疗策略提供了理论支持。尽管目前的研究主要集中在tau蛋白的聚集和解聚过程，但未来的工作可以进一步探索该方法在其他蛋白质聚集模型中的应用，以及如何优化电化学条件以提高纤维的结构和功能相似性。

总的来说，本研究为tau蛋白的体外研究提供了一种新的方法，能够更准确地模拟其在体内的聚集行为，并为药物筛选提供了快速、高效的手段。这一方法不仅有助于理解tau蛋白的病理机制，还可能推动相关疾病的治疗研究向前发展。未来的研究可以进一步优化电化学条件，探索其在不同蛋白质和疾病模型中的应用，并评估其在实际药物开发中的可行性。通过不断改进和扩展这一技术，有望为阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病的研究和治疗提供新的思路和工具。