2023-02-14 カリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)
◆しかし、カリフォルニア大学サンタバーバラ校の研究者たちが開発した新しい手法により、この変化が起こる過程をリアルタイムで制御・追跡することが可能になった。この方法では、低電圧の電気を、タンパク質の折り畳みと集合の引き金となる自然のシグナルに代わるものとして使用します。「と、生化学・分子遺伝学の名誉教授で、Journal of Biological Chemistry誌に掲載された論文(リンクは外部参照)の筆頭著者であるダニエル・E・モース(Daniel E. Morse)博士は語っています。
◆通常、タウは可溶性タンパク質であり、最初は糸のように開いた緩い形状をしています。シグナルに反応して、タウタンパク質は折り畳まれ、徐々に互いに組み合わされ、神経細胞の形を支え、細胞内の栄養や分子を輸送する小さな円筒状の構造体である微小管に結合することができる。しかし、病的な場合には、このシグナルが行き過ぎて、タンパク質が制御不能に集合し、神経細胞内で神経原線維変化となる不溶性のアミロイドフィラメントを形成して、その機能を妨げ、ついには死に至らしめるのである。
◆研究者らは、タウのコア部分(ペプチド)を用いた新しい手法により、正常で可逆的な折りたたみと集合の間の重要な「転換点」を観察・解析し、タウ障害や神経変性疾患の原因となる不可逆的で病的な集合を発見することができた。研究者らは、1ボルト以下の電位で過リン酸化(病気を促進するシグナル)を模倣し、実験室でタウペプチドの折り畳みをトリガーして微調整し、分光学的手法により、アミロイド様フィラメントを形成する折り畳みや進行性の集合の詳細を明らかにしました。
◆X線回折やクライオ電子顕微鏡など、タンパク質の折り畳みや組み立てを調べる他の方法とは異なり、この新しい電気化学的方法では、折り畳みや組み立てがリアルタイムで進行し、その詳細を継続的に観察・分析することができます。また、これまでタウやそのコアペプチドの研究に用いられてきた多くの手法とは異なり、電気的トリガーが自然のトリガー信号を忠実に模倣するため、この方法では「助剤」分子を追加することなくこれらの過程を直接観察することができる。
◆また、この技術は、アルツハイマー病やその他のアミロイド病の予防や治療に役立つ可能性のある薬剤や抗体を、より迅速に試験・同定するためのツールとしても利用できると著者らは述べている。
<関連情報>
- https://www.news.ucsb.edu/2023/020841/tipping-point-toward-alzheimer-s
- https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36781124/
タウのコアペプチドK18のリン酸化を模倣した新しい電気化学的手法により、中間体や集合体の速度論的・構造論的な解析が可能になった A new electrochemical method that mimics phosphorylation of the core tau peptide K18 enables kinetic and structural analysis of intermediates and assembly
Eloise Masquelier, Esther Taxon, Sheng-Ping Liang, Yahya Al Sabeh, Lior Sepunaru, Michael J Gordon, Daniel E Morse
Journal of Biological Chemistry Published: 2023 Feb 11
DOI:https://doi.org/10.1016/j.jbc.2023.103011
Abstract
Tau protein’s reversible assembly and binding of microtubules in brain neurons are regulated by charge-neutralizing phosphorylation, while its hyperphosphorylation drives the irreversible formation of cytotoxic filaments associated with neurodegenerative diseases. However, the structural changes that facilitate these diverse functions are unclear. Here, we analyzed K18, a core peptide of tau, using newly developed spectroelectrochemical instrumentation that enables electroreduction as a surrogate for charge neutralization by phosphorylation, with simultaneous, real-time quantitative analyses of the resulting conformational transitions and assembly. We observed a tipping point between behaviors that paralleled the transition between tau’s physiologically-required, reversible folding and assembly and the irreversibility of assemblies. The resulting rapidly electro-assembled structures represent the first fibrillar tangles of K18 that have been formed in vitro at room temperature without using heparin or other charge-complementary anionic partners. These methods make it possible to (i) trigger and analyze in real time the early stages of conformational transitions and assembly without the need for preformed seeds, heterogenous coacervation, or crowding; (ii) kinetically resolve and potentially isolate never-before-seen early intermediates in these processes; and (iii) develop assays for additional factors and mechanisms that can direct the trajectory of assembly from physiologically benign and reversible to potentially pathological and irreversible structures. We anticipate wide applicability of these methods to other amyloidogenic systems and beyond.
