01 文章背景简介
微管系统是神经细胞骨架成分，可参与多种细胞功能。微管由微管蛋白及微管相关蛋白组成，Tau蛋白是含量最高的微管相关蛋白。正常脑中Tau蛋白的细胞功能是与微管蛋白结合促进其聚合形成微管；与形成的微管结合，维持微管稳定性，降低微管蛋白分子的解离，并诱导微管成束。Tau蛋白为含磷酸基蛋白，正常成熟脑中Tau蛋白分子含2～3个磷酸基。而阿尔茨海默症（老年痴呆症）等Tau蛋白病（Tauopathy）患者脑的Tau蛋白则异常过度磷酸化，每分子Tau蛋白可含5～9个磷酸基，并丧失正常生物功能。
细胞器通常被膜包裹，但另一种分子组织形式是形成无膜细胞器，通过这种形式，特定的生物分子被定位并集中在离散的亚细胞区域内，它们可以参与多种细胞过程，包括基因调控、发挥核糖体功能和信号转导调控。这些细胞器通过液液相分离（liquid－liquid phase separation，LLPS）过程可以显示出液体状结构的特征，在液滴状结构中，特定的蛋白质和核酸分子可以快速、可逆地凝结成离散的组合，并与周围的细胞质和核质动态地交换生物分子。一些无序蛋白和包含低复杂性结构域的蛋白参与了无膜细胞器的形成，并在体外经历LLPS形成液滴无膜细胞器，LLPS结构的形成对涉及这些蛋白质的正常生物学功能和病理过程具有重要意义。最近发现与阿尔茨海默病等疾病有关的tau蛋白会发生液－液相分离。
Tau蛋白是一种内在无序的微管相关蛋白，与其他相分离蛋白和在无膜细胞器中发现的蛋白具有许多相同的特性，并且可能参与神经元和其他细胞的相分离。一些研究表明，Tau相分离的生理作用可能包括RNA调控、应力颗粒的形成和微管聚合成核。其相分离会受到多种因素影响，如蛋白质不同结构域之间的静电相互作用、赖氨酸氨基酸的组成、翻译后的修饰、多肽链的延伸和与其他蛋白质或RNAs的相互作用。这些说明了tau不仅仅是一种微管稳定蛋白，还可以作为LLPS结构组成部分发挥作用。
Tau蛋白在Tau蛋白病中发挥许多作用，这些疾病包括阿尔茨海默氏病（AD）和多种形式的额颞叶痴呆。这些疾病的特征是tau蛋白构象的异常和致病变化、蛋白的寡聚以及tau蛋白磷酸化的增加。氨基酸末端磷酸酶激活结构域（PAD）的构象显示，可溶性寡聚物的形成，以及AT8磷酸化表位的存在可以赋予tau蛋白毒性。在tau蛋白中脯氨酸301突变为亮氨酸（P301L）时毒性尤其明显，其突变可导致额颞叶痴呆伴17号染色体相关的帕金森病（FTDP－17）的发生 。目前，驱动tau从正常单体向病理形态转变的过程、调节tau LLPS的因素以及tau LLPS是否产生致病的tau物质等信息，尚不清楚。
来自美国密歇根州立大学的Nicholas M． Kanaan等人于2020年发表在《Nature communications》（Q1，IF：14．9）题为“Liquid－liquid phase separation induces pathogenic tau conformations in vitro”的文章：揭示了tau蛋白的相分离可能促进非丝状病原性tau蛋白构象的形成。作者发现N端和微管结合域（mtbr）的存在会导致全长、野生型的tau蛋白在生理水平上发生LLPS。与疾病相关的P301L和AT8修饰在体外显著增强了LLPS。重要的是，作者证明长时间的LLPS会导致液滴动力学的降低，以及特定致病构象和低聚体tau的时间依赖性增加，这些构象和低聚体tau与tau毒性的机制有关。以上研究揭示了tau LLPS在产生神经毒性的潜在作用，并为疾病相关修饰对tau相分离的影响提供了见解。
02，所用到的主要方法
共聚焦显微镜
荧光漂白恢复实验
透射电镜
胶体金标记技术
硫黄素S荧光测定
蛋白质印迹法
03 文章主要内容摘要
通过液－液相分离形成无膜细胞器是细胞满足对细胞成分和反应进行时空调控的生物学要求的一种途径。最近，tau蛋白被发现会发生液－液相分离，使其成为与神经退行性疾病相关的几种蛋白之一。在这里，作者证明了在类似生理条件的缓冲液中，tau蛋白可以在生理蛋白水平形成动态液滴。AT8磷酸化和与遗传性Tau病相关的P301L Tau突变等修饰可以显著增强Tau液滴的形成，而这些修饰形式的tau液滴动力学明显降低。延长相分离的时间可以促进有毒构象的形成和寡聚反应的发生，例如P301L tau蛋白经延长相分离后，会形成最大的寡聚物，但不会出现真正的丝状聚集。本文揭示了tau蛋白的相分离可能促进非丝状病原性tau蛋白构象的形成，在阿尔茨海默老年痴呆病的发生发展中发挥了重要的作用。
