Tau重复结构域的邻近标记技术有助于富集在阿尔茨海默病及相关tau蛋白病中发生改变的RNA结合蛋白

《Molecular & Cellular Proteomics》：Proximity labeling of the Tau repeat domain enriches RNA-binding proteins that are altered in Alzheimer’s disease and related tauopathies

tau蛋白微管结合重复域（TauRD）的相互作用组学研究显示，通过split TurboID生物素连接酶技术，成功鉴定超过700个与TauRD互作的蛋白质，其中RNA结合蛋白（RBPs）和剪接体复合物成员显著富集。整合人类AD和PSP脑组织蛋白组学数据发现，RBPs如SAFB、MACROH2A1等与tau病理标志物 Braak分期和神经纤维束状体病理高度相关。该技术系统揭示了核内RNA处理通路和应激反应在tau病理中的核心作用，为开发靶向剪接体或RNA稳态的治疗策略提供了新候选靶点。

　　在这项研究中，科学家们致力于探讨阿尔茨海默病（AD）及其他tau蛋白病中，tau蛋白形成有毒聚集体的分子机制。tau蛋白在维持细胞骨架动态性方面发挥重要作用，其异常折叠和积累是tau蛋白病的关键特征之一。尽管一些tau蛋白的病理相互作用已经通过尸检脑组织被识别出来，但这些研究受限于无法捕捉短暂的相互作用。因此，研究人员开发了一种基于体外接近标记技术的新型方法，以全面识别与tau蛋白聚集有关的蛋白质互作网络。

研究中使用了一种称为split TurboID生物素连接酶（sTurbo）的工程化工具，该工具由tau微管重复域（TauRD）与TurboID生物素连接酶的两个片段结合而成。TurboID是一种能够将生物素共价连接到蛋白质赖氨酸残基的高效生物素连接酶，其作用范围约为10纳米，可以在几分钟内完成标记。通过将sTurbo与TauRD结合，研究人员能够在细胞内精准标记与tau蛋白相互作用的蛋白质，从而获得其互作网络的详细信息。为了确保标记的准确性，研究采用了两种策略：一种是同时表达N-和C-sTurbo TauRD片段以激活生物素连接酶；另一种是通过核糖体RNA（rRNA）的荧光标记，确认tau蛋白在细胞内的分布。

研究首先在HEK293细胞中表达了N-和C-sTurbo TauRD片段，并通过生物素标记实验验证了其互作能力。结果表明，只有在同时表达两个片段时，才能观察到显著的生物素标记。这表明sTurbo TauRD系统能够有效地捕捉与tau蛋白相互作用的蛋白质。进一步的免疫细胞化学（ICC）和Western blot（WB）分析确认了这一发现，同时显示了生物素标记蛋白在细胞内的分布特征。这些结果为后续的蛋白质互作网络分析提供了可靠的基础。

研究还通过亚细胞分离技术，验证了tau蛋白在细胞核和细胞质中的定位。结果表明，sTurbo TauRD标记的蛋白质在核和细胞质中都有分布，但核中的标记更为显著。这表明tau蛋白的相互作用可能不仅局限于细胞质，还可能涉及细胞核内的复杂机制。此外，通过比较不同细胞系（如HEK293和SH-SY5Y）中tau蛋白的相互作用，研究人员发现了一些共有的蛋白质互作，同时也识别出一些与特定细胞类型相关的互作。

通过质谱分析，研究人员识别出超过700种与tauRD相互作用的蛋白质，其中许多属于核糖体结合蛋白（RBPs）和剪接体复合物。这些蛋白质在tau蛋白病中被发现具有显著的富集趋势，并且在AD和进行性核上性麻痹（PSP）患者的脑组织中被发现。进一步的基因本体（GO）分析揭示了这些蛋白质在多个生物过程中具有重要功能，包括mRNA监控、RNA剪接等，这些过程在tau蛋白病中常被失调。研究还通过整合人类AD和PSP脑组织的tau蛋白互作数据以及蛋白共表达网络，进一步验证了这些互作的疾病相关性。

此外，研究还探讨了sTurbo TauRD系统在识别tau蛋白相互作用方面相较于传统方法的优势。传统方法如免疫沉淀（IP）受限于其对短暂互作的捕捉能力，而sTurbo TauRD系统能够更全面地识别与tau蛋白相互作用的蛋白质，包括那些在溶剂中不溶的蛋白质。这一发现对理解tau蛋白病的病理机制具有重要意义，因为许多与tau蛋白相互作用的蛋白质在细胞核中发挥功能，而细胞核的异常可能在疾病进展中起到关键作用。

研究结果还表明，tau蛋白与RNA结合蛋白的相互作用可能影响mRNA的稳定性和剪接过程。这些相互作用在正常和病理状态下都存在，表明它们可能在tau蛋白病的发病机制中具有重要作用。此外，研究还发现了一些新的tau蛋白相互作用蛋白，如CHD4、MACROH2A1、SAFB等，这些蛋白质在AD和PSP患者的脑组织中表现出显著的富集趋势，可能成为进一步研究tau蛋白病机制的潜在靶点。

总体而言，这项研究为探索tau蛋白的相互作用提供了新的工具和方法，不仅揭示了tau蛋白与核糖体结合蛋白之间的复杂关系，还为理解tau蛋白病的病理机制提供了新的视角。通过整合体外和体内的研究数据，研究人员能够更全面地描绘出tau蛋白的相互作用网络，并为未来的治疗策略提供了理论依据。此外，研究还强调了核内过程在tau蛋白病中的重要性，表明RNA监控和剪接等核内机制可能成为治疗tau蛋白病的新靶点。这些发现不仅加深了我们对tau蛋白病的分子机制的理解，也为开发新的诊断和治疗策略提供了重要的科学依据。