介绍一篇发表在JACS上的文章“Phosphorylation-Induced Self-Coacervation versus RNA-Assisted Complex Coacervation of Tau Proteins”，通讯作者是来自台湾中央研究院生物化学研究所的Rita P.-Y. Chen研究员，她的主要研究方向是神经退行性疾病中相关蛋白的错误折叠行为。在本研究中，作者探究了tau蛋白上磷酸化修饰在 液-液相分离（LLPS）中的作用，并将其与RNA诱导的tau蛋白LLPS行为进行了对比研究。

许多蛋白质可以聚集成颗粒或液滴状的无膜组装体，这一过程称为液-液相分离LLPS。LLPS可分为自凝聚（Self-coacervation, SC）或复合物凝聚（Complex Coacervation, CC），其中SC 是由蛋白质不同电荷结构域之间的静电相互作用触发的，而CC是由相似或带相反电荷的聚合物（如核酸）的吸收或排斥驱动的。tau是一种微管相关蛋白，其病理性自聚合是许多神经退行性疾病的原因，然而驱动tau从正常单体转变为病理形式的机制仍不清楚。磷酸化是tau中最常见的修饰，占其翻译后修饰的约20%，该修饰引入的负电荷会改变tau的功能和降解聚集行为。

为探究磷酸化修饰对tau发生LLPS的影响，作者首先建立了在大肠杆菌中过表达-纯化磷酸化tau（p-tau）的方法，该体系通过亮氨酸拉链蛋白-蛋白相互作用模块（Fos-Jun蛋白）将目的蛋白tau和激酶GSK3β在空间上拉进，从而促进tau的磷酸化。而在纯化后的tau蛋白中，仅p-tau可以发生自发性的相分离，当蛋白从 4 °C 转移到室温时即可触发相分离，且该过程是随温度变化可逆的。

随后，作者探究了LLPS 条件下tau和p-tau的构象动力学，作者使用交联质谱法（XL-MS）来鉴定不同状态下的蛋白质构象，选用DMTMM作为交联剂，其一端与赖氨酸（K）连接，另一端与酸性氨基酸谷氨酸（E）或天冬氨酸连接（D）。在结果中作者观察到，随着蛋白质浓度的增加，检测到更多的交联位点，且tau相比于p-tau可以交联到出更长距离的位点，这表明 tau 采用更封闭的构象，而磷酸基团在脯氨酸富集区域引入的负电荷干扰了结构域之间的静电相互作用，并使p-tau更加延伸和灵活。这可能是磷酸化驱动tau发生自凝聚（SC）的重要原因，表明构象变化在聚集过程中起关键作用。

另一方面，RNA 的引入会诱导复合物凝聚（CC），作者比较了tau的两种凝聚模式，发现磷酸化诱导的SC和RNA 辅助的CC发生在不同的时间范围内，SC立即形成，但停留时间不超过2小时；CC在2小时后形成，但在观察期间（7 天）没有分解。最后，作者使用荧光蛋白融合表达的tauRD结构域（Repeat Domain）在细胞中作为报告蛋白，当该结构域发生聚合时可出现FRET信号。通过比较p-tau和tau处理后的细胞行为，作者发现仅在用LLPS状态 p-tau处理的细胞中观察到核膜（NE）中的聚集体，这与阿尔茨海默病脑切片中报告的核膜区域tau聚合现象一致，说明p-tau的SC可能在阿尔茨海默病发病机制中起关键作用。

总的来说，本文研究了磷酸化和RNA如何调节tau的LLPS和聚集动力学行为，为tau蛋白磷酸化在神经退行性疾病中的作用提供了新视角。

本文作者：FTY

责任编辑：MB

DOI：10.1021/jacs.4c14728

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c14728