Tau蛋白异常聚集是阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)及多种Tau蛋白病的重要病理特征。但不同疾病中的Tau并非完全相同,不同Tau构象可能与特定的疾病病理相关。
近日,Nature发表研究 “Prion-like transmission of human tau strains in the mouse brain”,发现来自AD和皮质基底节变性(corticobasal degeneration,CBD)患者脑组织的Tau聚集体,可以诱导小鼠自身Tau形成与来源疾病高度相似的纤维结构。研究为疾病相关Tau构象在体内传播过程中保持提供了重要结构证据。
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不同Tau seed,会产生不同病理
研究人员分别提取AD和CBD患者额叶皮层中的Tau聚集体,并注射至野生型小鼠纹状体。9个月后,两组小鼠出现了不同的Tau病理。
AD来源Tau seed主要在神经元胞体和突起中诱导病理性Tau聚集;CBD来源Tau seed除了影响神经元,还可在胶质细胞中形成盘曲小体及斑块样星形胶质细胞包涵体。
这表明,不同疾病来源的Tau seed不仅能够诱导Tau聚集,还可能影响病理形成的细胞类型和组织分布。
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不同疾病来源Tau seed诱导不同的脑内Tau病理
新形成的Tau来自哪里?
这些新出现的Tau病理究竟来自注射的人源Tau,还是小鼠自身Tau?
研究人员利用物种特异性抗体进行区分。结果显示,注射后早期可以检测到人源Tau,但随着时间推移,人源Tau逐渐消失,而小鼠Tau病理持续增加。脑内不可溶Tau能够被小鼠Tau特异性抗体识别,但不能被人Tau特异性抗体HT7识别。
这些结果支持一种模板化转化机制,即外源Tau seed作为起始模板,诱导宿主自身Tau发生异常折叠和聚集。
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外源Tau seed诱导宿主自身Tau形成病理性聚集体
Tau传播时,能保留原始结构吗?
真正关键的问题是:宿主Tau形成的新纤维,是否仍然保留来源疾病Tau的结构特征?
研究人员进一步利用冷冻电镜(cryo-EM)解析小鼠脑内形成的Tau纤维。
在AD Tau seed组中,83%的重构颗粒为成对螺旋纤维(paired helical filaments,PHFs),结构以3.6 Å分辨率解析,并与人类AD脑来源Tau纤维高度一致,结构RMSD为0.906 Å。
CBD Tau seed组中,74%的颗粒为单原纤维,26%为双原纤维。单原纤维以3.4 Å分辨率解析,与人类CBD I型Tau纤维高度一致,结构RMSD为0.576 Å;双原纤维结构则与CBD II型Tau纤维相符。
Tau seed来源
宿主Tau来源
最终形成的Tau结构
AD患者脑来源Tau
小鼠自身Tau
与人类AD Tau纤维高度一致
CBD患者脑来源Tau
小鼠自身Tau
与人类CBD Tau纤维高度一致
这些结构结果提示,Tau seed传递的可能不仅是诱导聚集的能力,还包括影响宿主Tau折叠和组装的结构信息。不同疾病来源的Tau seed能够诱导宿主Tau形成与来源疾病相对应的纤维构象,为Tau疾病相关结构在传播过程中保持提供了重要证据。
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冷冻电镜揭示疾病来源Tau seed可诱导宿主Tau形成相应结构
从Tau聚集到Tau strain
这项研究的重要意义在于,它为不同Tau蛋白病形成不同病理特征提供了结构层面的解释。
如果不同疾病相关Tau构象能够在传播过程中保持,那么不同Tau strain可能具有不同的细胞摄取、模板化转化和传播特征,并进一步影响Tau病理在脑内的细胞分布。
这里的“朊病毒样(prion-like)”是指异常蛋白通过模板化机制传播构象,并不意味着Tau蛋白病具有经典朊病毒疾病的人际传染性。
对于Tau研究而言,这意味着关注点正在从Tau是否聚集,进一步延伸至Tau形成了什么构象,以及这种构象如何影响病理传播。这也为疾病相关Tau结构、生物标志物及潜在干预策略的研究提供了新的思路。
对Tau研究意味着什么?
这项研究为AD、CBD等Tau蛋白病提供了更具体的分子解释。疾病相关Tau聚集体可能并非单一的异常蛋白,而是包含具有不同结构特征的Tau strain。这些结构差异可能进一步影响Tau聚集、细胞分布及病理传播。
过去,Tau研究主要围绕Tau水平、磷酸化和异常聚集展开,而此次Nature研究进一步将问题推进到了结构层面:当Tau发生传播时,它传播的究竟只是聚集倾向,还是一种更具体的疾病相关构象?
AD和CBD来源Tau seed能够在小鼠脑内诱导出与各自人类疾病高度一致的Tau纤维结构,为疾病相关Tau构象能够在传播过程中保持提供了重要证据。
这也提示,未来Tau研究除了关注Tau水平和磷酸化状态,还需要进一步理解异常Tau的构象及其播种特性。对于生物标志物和治疗研究而言,如何识别或干预具有特定疾病相关结构的Tau,值得进一步探索。
需要注意的是,这项研究仍属于机制层面的研究,并未建立临床Tau strain检测方法,也没有证明针对特定Tau构象的治疗策略已经具备临床可行性。
Tau研究工具:从磷酸化检测到蛋白研究
对于Tau相关研究,准确检测Tau及其病理相关变化仍是开展机制研究的重要基础。AntibodySystem提供针对多个Tau磷酸化位点的研究抗体,以及重组人Tau蛋白,可用于Tau磷酸化、Tau蛋白表达及相关机制研究。
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