《Scientific Reports》：Effect of PHF-1 hyperphosphorylation on the seeding activity of C-terminal Tau fragments
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为探究 tau 蛋白片段构象、功能及成核活性，研究人员对 R2Ct 和 R3Ct 片段及其磷酸化变体研究，揭示关键机制。
在神秘的大脑世界里，有一种蛋白与阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）紧密相连，它就是 tau 蛋白。tau 蛋白在正常情况下，对神经元内微管（Microtubule，MT）的组装和稳定起着至关重要的作用，就像建筑工人手中的脚手架，帮助维持细胞的正常形态和功能。然而，在 AD 等 tau 病（tauopathies）中，tau 蛋白却像是脱缰的野马，发生异常聚集，形成神经原纤维缠结（Neurofibrillary tangles，NFTs），成为了破坏神经元的 “元凶” 。
目前，tau 病的研究面临诸多挑战。虽然已知 tau 蛋白的纤维核心区域在不同 tau 病中存在共性，但结构却呈现多态性。而且，tau 蛋白的翻译后修饰（Posttranslational modifications，PTMs），尤其是高磷酸化，在不同患者之间差异很大，由此产生具有不同播种特性的 tau 菌株，可能会影响 tau 病理的侵袭性。此外，tau 蛋白聚集和传播的分子机制，以及参与病理性 tau 组装播种的具体物种，仍然是未解之谜。这些问题就像层层迷雾，笼罩着 tau 病的研究领域，阻碍着人们对疾病的深入理解和有效治疗。
为了驱散这些迷雾，来自 Inserm、CHU Lille、Institut Pasteur de Lille 等机构的研究人员开展了一项重要研究。他们将目光聚焦在 tau 蛋白的两个片段 R2Ct 和 R3Ct 上，深入探究它们的构象、功能以及成核活性，同时研究了糖原合成酶激酶 3β（Glycogen synthase kinase 3β，GSK3β）对 PHF-1 位点磷酸化后产生的影响。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为 tau 病的研究带来了新的曙光。
在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过蛋白质表达与纯化技术，获得了重组的 R2Ct、R3Ct tau 片段及其 GSK3β 磷酸化变体。接着，利用高分辨率核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）光谱技术，深入分析磷酸化对 tau 片段构象的影响。此外，借助体外肝素诱导聚集实验、播种和交叉播种实验，研究 tau 片段的聚集特性和播种活性。最后，使用透射电镜（Transmission electron microscopy，TEM）对聚集反应进行成像，直观观察 tau 片段形成的纤维结构 。
研究人员首先关注 R2Ct 和 R3Ct 片段对微管蛋白聚合的影响。他们发现，非磷酸化的 R2Ct 片段能够促进微管蛋白聚合，但其能力比全长 2N4R tau 蛋白弱。而经过 GSK3β 磷酸化后，R2Ct 片段失去了这种促进能力。与之不同的是，R3Ct 片段无论是否被磷酸化，都无法促进微管蛋白聚合。这表明，tau 片段中 MTBR 的数量以及 PHF-1 的磷酸化状态，对微管蛋白聚合活性有着重要影响。
随后，研究人员探究了 PHF-1 位点磷酸化对 tau 片段构象的影响。通过 NMR 光谱分析发现，GSK3β 磷酸化在 R2Ct 和 R3Ct 片段的 PHF-1 序列内诱导了局部构象变化。具体来说，在 392 - 402 残基区域，片段更倾向于形成延伸的 β - 折叠构象，并且在 PHF-1 位点 C 末端的短序列中，有形成转角构象的趋势。这种构象变化可能会影响 tau 蛋白与其他分子的相互作用，进而影响其功能。
在研究 tau 片段的播种和交叉播种活性时，研究人员发现，R2Ct 和 R3Ct 种子对其可溶性单体的聚集有着不同的影响。R2Ct 种子能够更有效地诱导 R2Ct 片段聚集，对 R3Ct 片段聚集的影响较小；而 R3Ct 种子则能促进 R3Ct 和 R2Ct 片段的聚集，且能实现 R2Ct 片段聚集的交叉播种。此外，PHF-1 高磷酸化的种子能够降低交叉播种的屏障，改变构象选择的催化中心，从而增强片段的播种活性。
最后，研究人员考察了 R2Ct 和 R3Ct 种子对全长 tau 蛋白聚集的影响。结果显示，R3Ct 种子比 R2Ct 种子更能有效地促进 tau 蛋白（无聚集倾向突变）的聚集，且这种播种活性与种子的磷酸化状态无关。然而，对于具有聚集倾向突变的 tau-P301L 蛋白，R2Ct 和 R3Ct 种子的播种活性相当，且种子的磷酸化能够降低与 tau-P301L 单体的交叉播种屏障，促进其聚集。
总的来说，这项研究深入探讨了 R2Ct 和 R3Ct tau 片段及其磷酸化变体的功能和构象变化，揭示了 PHF-1 高磷酸化在 tau 片段播种活性中的重要作用。研究结果表明，tau 片段的播种聚集是一个复杂的协同机制，涉及种子模板构象变化的效率与单体聚集能力之间的相互作用。这些发现为深入理解 tau 病的发病机制提供了关键线索，也为开发针对 tau 病的治疗策略提供了新的理论依据，有望推动 tau 病治疗领域的重大突破，为无数患者带来新的希望。
