多巴胺（Dopamine,DA）是一種重要的神經(jīng)遞質(zhì)，廣泛參與神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。DA在大腦中扮演著重要的信號傳遞角色，調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞之間的通訊。然而，除了其正常生理功能，研究發(fā)現(xiàn)多巴胺可以通過Michael加成反應(yīng)與靶蛋白發(fā)生共價(jià)修飾，影響這些蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，從而對細(xì)胞的生理活動(dòng)產(chǎn)生影響。雖然多巴胺的生理功能已被廣泛探索并取得了大量的研究成果，但它在病理狀態(tài)下的作用，尤其是在神經(jīng)退行性疾病中的潛在機(jī)制，仍需進(jìn)一步探究。
近日，中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心、生命過程小分子調(diào)控全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉聰課題組與北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院王初課題組合作在Nature Chemical Biology雜志上合作發(fā)表了題為 “Quantitative Chemoproteomics Reveals Dopamine’s Protective Modification of Tau” 的研究文章。在這項(xiàng)工作中，研究人員運(yùn)用定量化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)策略，對鼠腦中的多巴胺修飾位點(diǎn)進(jìn)行了全局性的解析，并發(fā)現(xiàn)多巴胺修飾在調(diào)控阿爾茲海默病核心病理蛋白Tau的生理功能及病理毒性中起到關(guān)鍵的作用。
首先，研究人員開發(fā)了一種新的定量化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，該方法基于半胱氨酸特異性探針、以位點(diǎn)特異性的方式定量全局的多巴胺修飾，能夠精確地在蛋白質(zhì)組中定位多巴胺的修飾位點(diǎn)。隨后，研究人員利用該方法對多巴胺修飾位點(diǎn)進(jìn)行了全面的化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)分析，準(zhǔn)確測定了DA對蛋白質(zhì)組中6000多個(gè)活性半胱氨酸的半有效抑制濃度（IC50），獲得了63個(gè)多巴胺修飾高敏感位點(diǎn)。重要的是，研究人員在鼠源Tau蛋白上發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)超敏感半胱氨酸位點(diǎn)（Cys280,Cys311）。
圖1. 實(shí)驗(yàn)流程示意圖
Tau蛋白是一種主要存在于神經(jīng)元中的微管相關(guān)蛋白，負(fù)責(zé)穩(wěn)定和組織神經(jīng)元內(nèi)的微管網(wǎng)絡(luò)。在包括阿爾茲海默病、進(jìn)行性核上性麻痹及Pick病在內(nèi)的多種神經(jīng)退行性疾病中，Tau蛋白的淀粉樣相變聚集是疾病進(jìn)展的關(guān)鍵標(biāo)志之一。Tau蛋白Cys280和Cys311氨基酸位于微觀結(jié)合區(qū)域且高度保守。研究人員通過NMR技術(shù)揭示了Cys280和Cys311位點(diǎn)的多巴胺修飾對Tau蛋白微管結(jié)合區(qū)域中淀粉樣蛋白VQIVYK片段的結(jié)構(gòu)影響。進(jìn)一步地，研究人員發(fā)現(xiàn)Tau中兩種半胱氨酸的多巴胺修飾不僅可以阻止淀粉樣蛋白聚集，還可以增強(qiáng)其促進(jìn)微管蛋白組裝成微管的生理功能。另外，Tau蛋白的內(nèi)源性多巴胺修飾也在鼠腦中得到驗(yàn)證。
綜上，本研究開發(fā)的基于DIA-ABPP的定量化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)方法，能夠高效鑒定和定量小鼠腦蛋白質(zhì)組中的多巴胺修飾位點(diǎn)。另外，研究證明了Tau蛋白高度保守半胱氨酸上存在內(nèi)源性多巴胺修飾，這種修飾在體外能夠抑制Tau蛋白淀粉樣聚集并促進(jìn)Tau介導(dǎo)的微管組裝，具有神經(jīng)保護(hù)作用。這項(xiàng)研究揭示了多巴胺通過特定化學(xué)修飾作用于Tau蛋白，從而對神經(jīng)退行性疾病如AD起到保護(hù)作用。
中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心劉聰研究員與北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院王初教授、北京大學(xué)成都前沿交叉生物技術(shù)研究院肖偉弟博士為本文的共同通訊作者。北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院王初課題組2018級畢業(yè)生王倩雯博士、上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心劉聰課題組2019級畢業(yè)生劉正濤博士、北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院王初課題組博士研究生王右葭為共同第一作者。該研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中國科學(xué)院及上海市科委等項(xiàng)目基金的支持。
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