《Nature Chemical Biology》：Tau phosphorylation impedes functionality of protective tau envelopes
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本研究揭示tau蛋白磷酸化通过降低其与微管结合的协同性，破坏保护性tau包膜的形成和完整性，导致微管对katanin切割酶的防御能力下降。该发现为神经退行性疾病中微管稳定性失调提供了分子机制解释，发表于《Nature Chemical Biology》。
在神经元中，微管作为细胞内运输的轨道网络，其稳定性对维持神经功能至关重要。Tau蛋白作为一种重要的微管相关蛋白，通常以两种模式与微管结合：一种是单个tau分子在微管表面快速扩散结合，另一种是多个tau分子通过协同作用形成紧密的保护性包膜结构。这些包膜结构能够选择性调控其他微管相关蛋白的接近，特别是保护微管免受katanin等切割酶的破坏。然而，在阿尔茨海默病等tau蛋白病中，tau蛋白会发生异常过度磷酸化，这与微管稳定性丧失和神经退行性病变密切相关。尽管已知tau磷酸化会降低其与微管的亲和力，但磷酸化如何具体影响tau包膜的保护功能，以及这一过程如何导致微管稳定性受损，仍是未解之谜。
为了回答这些问题，研究人员在《Nature Chemical Biology》上发表了一项深入研究。他们采用了一系列体外重建实验和活细胞成像技术，系统分析了tau磷酸化对其保护性包膜形成和功能的影响。研究发现，磷酸化不仅降低了tau与微管的亲和力，更重要的是破坏了tau分子间的协同作用，导致包膜结构完整性受损，从而削弱了其保护微管免受切割酶破坏的能力。
研究团队运用了多种关键技术方法：包括使用昆虫细胞和细菌表达系统制备不同磷酸化状态的tau蛋白；通过体外微管结合实验和全内反射荧光显微镜技术观察tau包膜动力学；利用荧光恢复漂白技术分析活细胞中tau蛋白的周转率；以及通过质谱分析精确测定tau蛋白的磷酸化位点程度。
Tau磷酸化诱导包膜解组装
研究人员首先比较了磷酸化tau和非磷酸化tau在微管上形成包膜的能力。结果显示，在低浓度下，非磷酸化tau能有效形成微米级的包膜结构，而磷酸化tau仅以扩散形式存在于微管表面。即使在高浓度条件下，磷酸化tau形成的包膜覆盖面积也显著减少。通过添加Cdk5激酶实时磷酸化已形成的tau包膜，研究人员观察到包膜从边缘开始解组装，证实磷酸化直接破坏了现有包膜的稳定性。
磷酸化降低包膜完整性
通过分析tau与微管结合的协同性，研究发现磷酸化tau的希尔系数显著降低，表明其协同结合能力受损。在包膜内部，磷酸化tau的密度也低于非磷酸化tau，提示包膜结构更为松散。当暴露于切割酶katanin时，磷酸化tau包膜保护下的微管更易被切割，且在包膜解体过程中出现更多裂缝，进一步证明其结构完整性受损。
Tau磷酸化增加细胞内的周转率
在活细胞实验中，通过荧光恢复漂白技术测量tau在微管上的动力学行为。结果显示，过度磷酸化的tau恢复速度更快，不可移动部分比例降低，表明其在微管上的停留时间缩短，周转率增加。这一现象在过度表达Cdk5/p25的细胞中尤为明显，验证了磷酸化对tau包膜稳定性的负面影响。
Tau磷酸化影响体内包膜功能
最后，研究在细胞水平验证了磷酸化对tau保护功能的影响。在过度表达katanin切割酶的细胞中，同时表达磷酸化tau的细胞微管网络破坏程度更严重，微管密度与katanin表达量呈更强负相关。这表明磷酸化tau形成的包膜保护功能显著降低，无法有效防御切割酶的破坏作用。
综合以上结果，该研究揭示了tau磷酸化通过破坏其协同结合能力，损害保护性包膜的形成和稳定性，从而削弱微管对切割酶的防御机制。这一发现不仅阐明了神经退行性疾病中微管稳定性失调的分子机制，也为开发针对tau磷酸化通路的新型治疗策略提供了重要理论依据。研究提示，维持tau包膜的完整性可能是保护神经元微管稳定性的关键环节，为未来治疗干预提供了新靶点。
