認知症におけるタンパク質凝集の起点を解明する手掛かり(The shape of water defines the hotspot that starts protein aggregation in dementia)

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2026-10-12 ノースウェスタン大学

米国ノースウェスタン大学とカリフォルニア大学サンタバーバラ校の研究チームは、アルツハイマー病や前頭側頭型認知症に関係するタウタンパク質が、異常な構造へと変化し、凝集体を形成する仕組みを明らかにした。研究では、タウタンパク質の疎水性領域にある特定の部位に、水分子が特徴的な構造を形成することを発見した。この水分子の集まりが「ホットスポット」となり、別のタウ分子を引き寄せる。分子同士が接近すると水分子が解放され、そのエネルギーによって異常な構造が安定化し、既存の凝集体に沿って新たなタウ分子が連続的に取り込まれる。さらに、ホットスポットを化学的な標識で塞ぐと、凝集体の成長が抑制された一方、別の部位を塞いでも同様の効果は得られなかった。本成果は、タウの異常凝集を選択的に阻害する薬剤の開発や、認知症研究に用いる疾患モデルの作製に新たな道を開く可能性がある。ただし、現段階では基礎研究であり、ヒトでの治療効果は確認されていない。

<関連情報>

水分子を固定するホットスポットが、テンプレートとなるタウタンパク質の凝集を促進する A water-pinning hot spot drives templated tau aggregation

Chung-Ta Han, Karen Tsay, Samuel Lobo, +5 , and Songi Han
Proceedings of the National Academy of Sciences  Published:October 12, 2026
DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2611158123

認知症におけるタンパク質凝集の起点を解明する手掛かり(The shape of water defines the hotspot that starts protein aggregation in dementia)

Abstract

Tau assembles into fibrillar aggregates that are pathological hallmarks of a group of neurodegenerative diseases collectively called tauopathies. Templated aggregation of naïve tau to seeding-competent fibrils that proceed from cell to cell is a key driver of prion-like progression of tauopathies. This study tests the hypothesis that tau, an intrinsically disordered protein, achieves in-register stacking to form seed-competent fibrils by a pinning action of tau to each other and/or the seed surface via a single dominant hotspot to avoid mismatch in tau stacking to fibrils. Structured solvation water has been proposed to be a signature of such hot spots at both the tau fibril-end surface and soluble tau monomers. Although jR2R3-P301L tau exhibits a heterogeneous hydration landscape in its intrinsically disordered state, with enhanced water structuring near the P301L mutation site, it is unclear whether a localized hotspot exists at the fibril end surface and surface water facilitates the initial contacts in templated aggregation. Using rapid 1H-15N SOFAST-HMQC NMR to track seed-induced aggregation of jR2R3-P301L in real time, complemented by molecular dynamics simulation of fibril surface hydration, we identify a residue-specific pinning hotspot that is prone to dewetting followed by sequential folding and incorporation of the remaining segment in a two-step dock-and-lock process. Site-specific spin labeling further demonstrates that blocking this pinning hotspot disrupts templated aggregation, leading to shorter fibrils. The identification of a dominant pinning site will facilitate the rational design of binders to effectively disrupt fibril extension or serve as diagnostic or therapeutic strategies.

生物化学工学
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