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加成反應與靶蛋白發(fā)生共價修飾，影響這些蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，從而對細胞的生理活動產(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制，仍需進一步探究。
近日，中國科學院上海有機化學研究所生物與化學交叉研究中心、生命過程小分子調(diào)控全國重點實驗室劉聰課題組與北京大學化學與分子工程學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。在這項工作中，研究人員運用定量化學蛋白質(zhì)組學策略，對鼠腦中的多巴胺修飾位點進行了全局性的解析，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鍵的作用。
首先，研究人員開發(fā)了一種新的定量化學蛋白質(zhì)組學技術(shù)，該方法基于半胱氨酸特異性探針、以位點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。隨后，研究人員利用該方法對多巴胺修飾位點進行了全面的化學蛋白質(zhì)組學分析，準確測定了DA對蛋白質(zhì)組中6000多個活性半胱氨酸的半有效抑制濃度（IC50），獲得了63個多巴胺修飾高敏感位點。重要的是，研究人員在鼠源Tau蛋白上發(fā)現(xiàn)了兩個超敏感半胱氨酸位點（Cys280,Cys311）。
圖1. 實驗流程示意圖
Tau蛋白是一種主要存在于神經(jīng)元中的微管相關蛋白，負責穩(wěn)定和組織神經(jīng)元內(nèi)的微管網(wǎng)絡。在包括阿爾茲海默病、進行性核上性麻痹及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展的關鍵標志之一。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，還可以增強其促進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證。
綜上，本研究開發(fā)的基于DIA-ABPP的定量化學蛋白質(zhì)組學方法，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。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Tau介導的微管組裝，具有神經(jīng)保護作用。這項研究揭示了多巴胺通過特定化學修飾作用于Tau蛋白，從而對神經(jīng)退行性疾病如AD起到保護作用。
中國科學院上海有機化學研究所生物與化學交叉研究中心劉聰研究員與北京大學化學與分子工程學院王初教授、北京大學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。北京大學化學與分子工程學院王初課題組2018級畢業(yè)生王倩雯博士、上海有機化學研究所生物與化學交叉研究中心劉聰課題組2019級畢業(yè)生劉正濤博士、北京大學化學與分子工程學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研發(fā)項目、國家自然科學基金項目、中國科學院及上海市科委等項目基金的支持。
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