Sci Adv：罗施中团队揭示电荷驱动阿尔兹海默症相关蛋白的相分离和聚集

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阿尔兹海默症(AD)是常见的神经退行性疾病，传统的观点认为其致病机理与Abeta和Tau的聚集有关。而针对这两种聚集蛋白的药物屡受挫折，给这两种学说带来不少争议。2013年，Bing Bai等人通过质谱的方法对AD病人脑中的去垢剂不溶性蛋白质组进行了综合研究，发现U1 smallnuclear ribonucleoprotein 70 kDa (U1-70K)是其中一种聚集蛋白，且特异性出现在AD病人脑中【1】。U1-70K与Tau存在着共定位的关系【2】。AD 病人脑匀浆可以诱导正常人脑匀浆中的 U1-70K 和重组 U1-70K 发生聚集，使其形成不溶于去垢剂的聚集【3】。U1-70K 是组成剪切因子 U1-snRNP 的RNA结合蛋白之一，在RNA剪接过程中起重要作用，这篇报道首次将它与阿尔兹海默症联系起来，因此U1-70K成为AD潜在的新靶点。液-液相分离是一种溶液中溶质自发形成高浓度和低浓度相的现象，被认为是细胞内多种无膜细胞器的形成过程，并与蛋白聚集密切相关，近来受到了广泛关注，成为细胞功能与相关疾病研究的热点。

2019年11月6日，北京化工大学罗施中教授团队在Science Advances发表题为Low complexity domain of U1-70K modulates phase separation and aggregation through distinctive basic-acidic motifs的文章。该文揭示了一种新的与阿尔兹海默症相关的蛋白U1-70K的相分离机理及其与聚集过程的关系，加深了人们对于阿尔兹海默症的致病机理与相分离这一现象的理解。

作者首先通过计算的方式分析了U1-70K的内在无序区域，这种区域通常被认为和相分离和聚集密切相关，发现了其C端的两个低复杂度区域（Low complexity domain）LC1和LC2可能是其产生相分离与聚集的核心片段。这两个片段的氨基酸序列具有显著的特点：正电荷与负电荷呈现交替排布的模式。电荷驱动的相分离已有不少报道，然而已知的模型大多数是正电荷和负电荷分布于两个不同的分子上（如富含正电的蛋白与RNA），或者同一个蛋白相距甚远的两端。作者推测U1-70K这种正负交替的模式在电荷相互作用下也会驱动相分离。通过对LC1和LC2融合EGFP进行表达，研究人员确认了这两个片段皆能形成液-液相分离。又通过改变pH以及添加带氨基酸的方式证明了相分离确实由静电作用力驱动。接下来作者通过一个简化的多肽模型（LC2中截取的非常规律的正负交替的19肽）及典型氨基酸全突变的方式证明了电荷的作用，并在电镜下发现该多肽会聚集成排列规整而错落的聚集体。

接下来通过在细胞内过表达U1-70K及其LC片段，证实了在细胞内该蛋白及片段也可以形成相分离，并利用荧光漂白恢复捕捉到相分离与聚集体共存的中间态，从而揭示U1-70K在胞内从相分离到聚集体的转化过程，提出了一种潜在的阿尔兹海默症的致病机理。该发现不仅为阿尔兹海默症的相关研究开辟了新思路，也为此类富含电荷蛋白的性质与功能研究提供了新的方向。

文章链接：

https://advances.sciencemag.org/content/5/11/eaax5349

参考文献

1. Bai B, Hales C M, Chen P C, etal. U1 small nuclear ribonucleoprotein complex and RNA splicing alterations inAlzheimer's disease[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2013, 110(41):16562-7

2. Hales C M, Dammer E B, Deng QD, et al. Changes in the detergent-insoluble brain proteome linked to amyloidand tau in Alzheimer's Disease progression[J]. Proteomics, 2016,16(23):3042-3053

3. Diner I, Hales CM, Bishof I, etal. Aggregation properties of the small nuclear ribonucleoprotein U1-70K inAlzheimer disease[J]. J Biol Chem, 2014, 289(51):35296-35313.