Molecular Basis of the Tau Aggregation Pathway

项目总结：** -- Tau蛋白是一种微管稳定蛋白，在神经细胞中含量丰富。它是一种高度可溶性的蛋白质，本质上是无序的。 蛋白质组分(IDP)在天然条件下几乎没有聚集的倾向。然而，在几种实验条件下仍然存在。 在包括阿尔茨海默氏症在内的各种常见神经退行性疾病中，疾病的发生和发展可能会导致癌症的传播。 细胞从细胞到细胞，再到聚合体，就像细胞内β-表和纤维状沉积物一样。我们的实验室已经获得了关键的新数据。 关于Tau的时间、结构和细胞生物学细节问题，包括错误折叠和流体相组装-The-the。 这项建议的基础是，我们的研究团队包括一名高级细胞生物学家、一名高级物理学家和一名高级理论专家。 生物物理学家。我们正在以一种迭代的方式密切合作，我们可能打算从正常情况下确定新的途径。 Tau致力于检测与疾病相关的Tau纤维。用于进行这一分析的主要工具包括：(A)能够解决问题的细胞免疫系统。 在体内，;与Tau之间的相互作用，通过多种分子探针间接地改变其构象状态； 在自旋标记的指导下，电子顺磁共振(EPR)谱线形成分析图，脉冲奇偶极谱图(EPR)图。 确定IdP构象的签名；;和IdP(C)充分利用IdP构象的原子式建模方法，以及它们的。 人们对牛头堡的更高层次的组件进行了能量学、人工智能和粗粒度的模拟。 该提案的流程从来自中国汉族人实验室的一项引人注目的观察报告开始：当人们暴露在亚化学计量比的环境中时，情况会变得更糟。 大量的肝素，几个部分的牛头，可以通过增加一个纳米颗粒来极大地延长寿命，以增加溶剂-暴露出它的疏水性。 PHF6(*)是一种能够将数据堆叠成整齐的β-Sheet的细分产品。这一观察结果与它的外观特征相关。 因此，我们可以把这一启动步骤称为播种前的“在路上”。在体内，我们知道它可以繁衍出大量的种子。 构象格局由替代的基因剪接、基因突变和翻译后基因修改控制。 建议将IDP和Tau结合起来，形成一个由不同分子构象组成的具有不同分子聚合体的整体。 倾向性、纤丝、形态和伴侣之间的互动，这取决于具体的Tau变种。 目前尚不清楚在这一乐团中定义的签名和特定的构象签名。 容易聚集的Tau变种的构象和签名是我们的核心目标，同时也是一个缺失的拼图。 在将Tau的构象连接到细胞间的相互作用中，这是聚合和中间体的真实存在和本质特征。 在这一脉络下，中国汉族人实验室发现，核糖核酸可以诱导牛头蛋白在体外的液-液两相分离，转化为蛋白质。 液滴在微弱的静电作用力的作用下被结合在一起。在体内细胞水平上，科西克实验室发现了Tau-- TRNA结合了复合体，从而增加了Tau蛋白，从而增加了参与神经变性的TRNA结合蛋白的数量。 并有能力在细胞质中建立液-液两相分离体系，其中Tau-tRNA复合体可能是一个很好的选择。 无论是生理性的还是病理性的，我们都不会通过确定他们在神经元干细胞中的基因位点来获得线索。最后，我们。 我们打算进一步了解受疾病、突变或协同因素调控的Tau基因的构象变化是否会产生影响。 Tau-tRNA核糖核酸复合体在体内的稳定性和局部性，我们的目标是从可溶的蛋白质中发现一条更详细的途径。 从第一个纳米级到第二个细胞水平，Tau开始研究纤维，并发现Tau聚集的主要病理实体。

PROJECT SUMMARY      Tau is a microtubule-­stabilizing protein that is abundant in neurons. It is a highly soluble, intrinsically disordered  protein (IDP) with little tendency for aggregation under native conditions. However, under several experimental  conditions and in a variety of neurodegenerative disorders including Alzheimer’s disease, Tau can spread from  cell  to  cell  and  aggregates  as  intra-­cellular  β-­sheet  fibrilar  deposits.  Our  laboratories  have  critical  new  data  concerning the temporal, structural and cell biological details of Tau misfolding and fluid-­phase assembly—the  basis  of  this  proposal.  Our  research  team  consists  of  a  cell  biologist,  a  physical  chemist,  and  a  theoretical  biophysicist. Working together closely in an iterative manner we intend to determine the pathway from normal  Tau to disease-­related Tau fibrils. The tools for this analysis include (a) cellular systems capable of addressing  in vivo Tau interactions, and indirectly its conformational state based on a variety of molecular probes;; (b) site-­ directed spin labeling, electron paramagnetic resonance (EPR) line shape analysis and pulsed dipolar EPR to  determine  conformational  signatures  of  Tau;;  and  (c)  fully  atomistic  modeling  of  IDP  conformations,  their  populations and energetics, and coarse-­grained simulation of higher-­order assemblies of Tau. The conceptual  flow of the proposal begins with a remarkable observation from the Han lab: When exposed to sub-­stoichiometric  amounts of heparin, segments of Tau dramatically extend by a nanometer to solvent-­expose the hydrophobic  PHF6(*)  segment  capable  of  stacking  into  neat  β-­sheets.  This  observation  correlates  with  the  appearance  of  fibrils, and thus we refer to this initiating step as “on pathway” seeding. In vivo, Tau is known to populate a vast  conformational landscape controlled by alternative splicing, mutations and post-­translational modifications. We  propose  that  the  IDP  Tau  populates  an  ensemble  of  different  conformations  with  different  aggregation  propensities,  fibril  morphologies  and  interaction  partners,  depending  on  the  exact  Tau  variant.  However,  the  defining  and  specific  conformational  signatures  within  this  ensemble  are  unknown.  Determining  the  conformational signatures of aggregation-­prone Tau variants is our core objective, while a missing puzzle piece  in connecting Tau conformation to cellular interactions is the existence and nature of aggregation intermediates.  In this vein, the Han lab discovered that RNA induces liquid-­liquid phase separation of Tau in vitro into protein  droplets held together by weak electrostatic forces. At the in vivo cellular level, the Kosik lab discovered Tau-­ tRNA complexes, thereby adding Tau to the growing list of RNA-­binding proteins involved in neurodegeneration,  and capable of establishing liquid-­liquid phase separation in the cytoplasm. The Tau-­tRNA complexes may be a  physiologic  or  pathological  entity—we  will  obtain  clues  by  determining  their  loci  in  neuronal  cells.  Finally,  we  intend to learn whether the conformation of Tau, as modulated by disease mutations or co-­factors, influences  the stability and in vivo locality of the Tau-­tRNA complexes. Our goal is to discover a detailed route from soluble  Tau to fibrils, from the nanometer to the cellular level, and discover the pathological entities of Tau aggregation.