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神经退行性疾病|Nat Commun：神经退行性疾病研究新方向

RNA结合蛋白（RBPs）可以促进核糖核蛋白复合物的形成 ， 从而协调RNA加工过程和转录后的基因调控 。 然而 ， 在神经退行性疾病中 ，RBPs的定位出现错误导致RBPs与tau相互作用最终引起tau蛋白病理性聚集 。
德克萨斯大学医学部的Rakez Kayed教授团队既往发现在阿尔茨海默病（AD）脑中 ， RBPs的Musashi（MSI）家族参与到了tau蛋白的细胞毒性作用中 。 MSI家族是一个进化上保守的RBP家族 ， 包括两种同源类似物（MSI1和MSI2） ， 最初是在神经系统中被发现的 ， 主要在神经干细胞中表达 。
2020年8月该团队在Nature Communications上发表了一篇文章 ， 题目为“RNA-binding proteins Musashi and tau soluble aggregates initiate nuclear dysfunction” ， 揭示了MSI和tau蛋白相互作用对神经退行性病变中神经元细胞核功能的影响 。
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团队介绍
Rakez Kayed教授就职于德克萨斯大学医学部米切尔神经退行性疾病中心 ， 主要致力于研究AD、帕金森病和路易体痴呆等tau蛋白病变的病理机制 。
1 ， MSI和tau在体外和人脑组织中形成聚合物
在既往研究中 ， 该团队已证实MSI1和MSI2在体外和AD患者脑中都可以自我形成聚集物 。 所以本研究中 ， 该团队体外分别混合MSI1和tau以及MSI2和tau ， 发现混合后的聚合物远远多于单独MSI1或MSI2的聚合物 ， 说明tau的存在可以大大提高MSI的聚集能力 。 同时 ， 该团队对AD、多发性硬化（ALS）、额颞叶痴呆（FTD）患者和老年对照脑组织进行MSI1、MSI2和tau寡聚体染色 ， 结果表明疾病组脑组织中MSI与tau共定位区域较对照组更多 。 （图1）
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图1.MSI/tau在体外聚集 ， MSI蛋白在AD、ALS和FTD患者额叶中聚集
2 ， MSI1聚集在老年P301L小鼠细胞核和轴突
为了研究MSI的分布与年龄的关系 ， 该团队使用了3种动物模型 ， 分别是C57BL/6小鼠、Tau敲除小鼠模型和Tau P301L小鼠模型 。 由于高水平tau会引起MSI蛋白的异常聚集 ， 该团队主要关注P301L小鼠模型里MSI蛋白的分布情况 。 在2月龄小鼠中 ， MSI1蛋白主要存在于齿状回和皮层 ， 同时也有点状分布于皮层细胞核 。 在7月龄小鼠脑组织中 ， 分布于齿状回和皮层的MSI1蛋白含量大大增加 ， 同时在门区和苔藓纤维也发现MSI1的致密沉积 。 MSI1主要聚集于老年小鼠的细胞核中 ， 在核质中的分布并不均一 。 （图2）
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图2. MSI1在老年P301L小鼠细胞核和轴突中的聚集
3 ， MSI在P301L小鼠中分布呈年龄依赖性
该团队对2月龄和7月龄小鼠海马和皮层中MSI分布水平进行了检测 。 对比发现 ， 对于P301L小鼠 ， 7月龄小鼠海马和皮层细胞核中 ， MSI1水平较2月龄小鼠有明显增多（图3） 。 而在7月龄小鼠齿状回颗粒下层中 ， MSI2水平较2月龄小鼠显著增加 ， 这些细胞多为神经干细胞 ， 与神经发生过程相关 。 在7月龄野生型（C57BL/6）小鼠中 ， MSI1主要分布于海马和皮层的细胞质中；MSI2则主要在海马CA1区细胞质中 ， 较少存在于CA3区和齿状回 。 野生型和P301L小鼠中MSI蛋白分布和含量的差异性提示tau蛋白可以调节MSI蛋白的水平和定位 。
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图3.MSI蛋白在P301L小鼠模型海马和皮层中的分布
4 ， MSI/tau复合物定位于P301L小鼠神经元细胞核
为了进一步研究MSI和tau寡聚体在小鼠脑中的相互作用 ， 该团队使用了邻位连接技术（PLA） ， 通过Tau13、TOMA-2 (tau寡聚体抗体)、MSI1和MSI2的抗体来检测小鼠海马和皮层中的蛋白复合物 。 结果发现 ， 与2月龄P301L小鼠相比 ， MSI1/TOMA-2在7月龄小鼠海马神经元细胞核中发现较高PLA信号；2月龄时 ， MSI2主要在海马CA1区的轴突中检测到信号 ， 而在7月龄时PLA信号主要在海马的颗粒下层被检测到 。 这种变化一方面再次证明tau的存在会影响MSI蛋白的聚集和分布；另一方面提示MSI1和MSI2表达与不同类型的神细胞中 ， MSI1主要由海马成熟神经元表达 ， 而MSI2则主要由神经干细胞表达 。
5 ， MSI和tau结合Histone 3调节细胞染色质状态
通过检测染色质状态的标志物H3K4me3和H3K9me3 ， 发现在P301L小鼠的iHEK细胞中染色质激活标志物H3K4me3显著减少 ， 而H3K9me3无明显变化 。 而既往研究也发现 ， 在高水平的MSI/tau存在的情况下 ， P301L小鼠 iHEK细胞中Histone 3含量是显著降低的 。 为了进一步探究tau、Histone 3和MSI之间的关系 ， 该团队进行了免疫共沉淀 ， 发现Histone 3和两个MSI蛋白都存在相互作用 。 以上发现提示MSI/tau可以通过结合Histone 3调节染色质状态 ， 影响DNA的包装过程 。
6 ， 结论
【神经退行性疾病|Nat Commun：神经退行性疾病研究新方向】研究结果表明 ， MSI存在的情况下高水平的tau会损害细胞核的活性和完整性 。 由此 ， 发现和阐明MSI/tau蛋白的相互作用可能会成为神经退行性疾病研究的前沿 ， 并且为发现潜在的治疗策略奠定基础 。
参考文献：
Montalbano M, McAllen S, Puangmalai N, et al. RNA-binding proteins Musashi and tau soluble aggregates initiate nuclear dysfunction. Nat Commun. 2020;11(1):4305. Published 2020 Aug 27. doi:10.1038/s41467-020-18022-6.
编译作者：小言 (Brainnews创作团队)
校审：胖兔子可可、Simon (Brainnews编辑部)
本文为brainnews团队原创编译 ， 转载请联系授权 。


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