中国科学家揭示多巴胺对Tau蛋白的保护性修饰机制
中国科学家揭示多巴胺对Tau蛋白的保护性修饰机制
近日，中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心刘聪课题组与北京大学化学与分子工程学院王初课题组合作在Nature Chemical Biology杂志上发表重要研究成果。研究团队开发了一种新的定量化学蛋白质组学技术，揭示了多巴胺对阿尔茨海默病核心病理蛋白Tau的保护性修饰机制，为神经退行性疾病的治疗提供了新的思路。
多巴胺（Dopamine, DA）是一种重要的神经递质，广泛参与神经系统的调节。DA在大脑中扮演着重要的信号传递角色，调节神经细胞之间的通讯。然而，除了其正常生理功能，研究发现多巴胺可以通过Michael加成反应与靶蛋白发生共价修饰，影响这些蛋白质的结构和功能，从而对细胞的生理活动产生影响。虽然多巴胺的生理功能已被广泛探索并取得了大量的研究成果，但它在病理状态下的作用，尤其是在神经退行性疾病中的潜在机制，仍需进一步探究。
图1.实验流程示意图。
在这项研究中，研究人员开发了一种新的定量化学蛋白质组学技术，该方法基于半胱氨酸特异性探针，能够以位点特异性的方式定量全局的多巴胺修饰，精确地在蛋白质组中定位多巴胺的修饰位点。随后，研究人员利用该方法对多巴胺修饰位点进行了全面的化学蛋白质组学分析，准确测定了DA对蛋白质组中6000多个活性半胱氨酸的半有效抑制浓度（IC50），获得了63个多巴胺修饰高敏感位点。重要的是，研究人员在鼠源Tau蛋白上发现了两个超敏感半胱氨酸位点（Cys280, Cys311）。
Tau蛋白是一种主要存在于神经元中的微管相关蛋白，负责稳定和组织神经元内的微管网络。在包括阿尔茨海默病、进行性核上性麻痹及Pick病在内的多种神经退行性疾病中，Tau蛋白的淀粉样相变聚集是疾病进展的关键标志之一。Tau蛋白Cys280和Cys311氨基酸位于微观结合区域且高度保守。研究人员通过NMR技术揭示了Cys280和Cys311位点的多巴胺修饰对Tau蛋白微管结合区域中淀粉样蛋白VQIVYK片段的结构影响。进一步地，研究人员发现Tau中两种半胱氨酸的多巴胺修饰不仅可以阻止淀粉样蛋白聚集，还可以增强其促进微管蛋白组装成微管的生理功能。另外，Tau蛋白的内源性多巴胺修饰也在鼠脑中得到验证。
综上，本研究开发的基于DIA-ABPP的定量化学蛋白质组学方法，能够高效鉴定和定量小鼠脑蛋白质组中的多巴胺修饰位点。另外，研究证明了Tau蛋白高度保守半胱氨酸上存在内源性多巴胺修饰，这种修饰在体外能够抑制Tau蛋白淀粉样聚集并促进Tau介导的微管组装，具有神经保护作用。这项研究揭示了多巴胺通过特定化学修饰作用于Tau蛋白，从而对神经退行性疾病如AD起到保护作用。
中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心刘聪研究员与北京大学化学与分子工程学院王初教授、北京大学成都前沿交叉生物技术研究院肖伟弟博士为本文的共同通讯作者。北京大学化学与分子工程学院王初课题组2018级毕业生王倩雯博士、上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心刘聪课题组2019级毕业生刘正涛博士、北京大学化学与分子工程学院王初课题组博士研究生王右葭为共同第一作者。该研究得到了科技部重点研发项目、国家自然科学基金项目、中国科学院及上海市科委等项目基金的支持。