神经退行性疾病相关蛋白病理性聚集和液液相分离研究进展

蛋白质的错误折叠和聚集与一系列神经退行性疾病密切相关,比如阿尔茨海默病、帕金森病等,其主要病理特征是以蛋白质异常聚集形成的淀粉样纤维为主要成分的包涵体。近期研究表明疾病相关蛋白大多能够发生液液相分离,形成动态可逆的液态凝聚物(亦称无膜细胞器),并参与细胞生理过程,而突变、翻译后修饰以及微环境等因素则能促进其发生不可逆液固相变形成病理性纤维。本文以几种神经退行性疾病相关蛋白为例,重点介绍蛋白质病理性聚集和液液相分离的实验研究方法和前沿进展,蛋白质相互作用、聚集和相分离微观机理的理论和计算研究,以及预测蛋白相分离能力的机器学习方法。这些研究对深入理解蛋白质病理性聚集、相变和相分离的微观机制,以及相关疾病致病机理具有重要的科学意义,并对治疗药物的设计和开发具有潜在应用价值。

小胶质细胞与神经退行性疾病中致病蛋白的聚集及传播

小胶质细胞是中枢神经系统的免疫细胞,其在生理状态下发挥维持稳态、促进神经元发育和修剪突触的作用。近年来,激活的小胶质细胞在阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病发展过程中的“双刃”作用越来越受到关注:疾病早期,小胶质细胞被致病蛋白激活后分泌广谱的促炎因子并发挥清除致病蛋白的积极作用;但在持续的神经炎症环境中,经历表型转换及功能失调的小胶质细胞会触发和放大致病蛋白的聚集与传播,加速疾病进程。本文总结归纳了小胶质细胞在神经退行性疾病中的作用变化,以及其在致病蛋白的聚集与传播过程中的新发现。

盐浓度对FUS蛋白相分离的调控研究

肉瘤融合蛋白(Fused in sarcoma, FUS)是来自异质核糖核蛋白家族的RNA结合蛋白。FUS在细胞内参与了DNA损伤修复,RNA剪接、转录、翻译等多种生理过程,这些过程与其生理条件下通过液液相分离(liquid-liquid phase separation, LLPS)形成的类液滴状无膜细胞结构密切相关。在这个过程中FUS通过LLPS形成的生理性液滴状结构可能会老化成为病理性的聚集体,如水凝胶、包涵体和淀粉样纤维等。并且这些病理性聚集体被发现与肌萎缩性侧索硬化症(Amyotrophic lateral sclerosis, ALS)、额颞叶变性(Frontotemporal lobe degeneration, FTLD)等多种神经退行性疾病相关。本文进一步研究了影响FUS发生LLPS和病理性沉淀的相关因素,我们发现FUS蛋白LLPS和形成病理性聚集体是蛋白质浓度依赖的。在低蛋白浓度下FUS不会发生相分离,随着蛋白浓度的升高FUS蛋白开始发生LLPS现象,但是当蛋白浓度继续升高时则会形成淀粉样纤维聚集体。值得注意的是,这个过程受到盐浓度的显著影响,无盐和低盐浓度下发生LLPS的FUS蛋白,却在中、高盐浓度时迅速形成病理性的不规则聚集体。在FUS蛋白的LLPS过程中随着时间的变化液滴会不断变大,液滴在不同溶液中的生长效率为:无盐 > KCl > NaCl。