Science：HSP70伴侣蛋白驱动未结合RNA的TDP-43发生相分离形成不均小体

2021年2月10日讯/生物谷BIOON/---RNA结合蛋白TDP-43的聚集是包括肌萎缩侧索硬化症（ALS）和额颞叶痴呆（FTD）在内的几种与年龄相关的神经退行性疾病所共有的病理特征。主要存在于细胞核的TDP-43通常会发生液-液相分离（liquid-liquid phase separation, LLPS），即均相溶液分成两部分，类似于醋中的油滴。

细胞核内的TDP-43在生理条件下可以发生相分离。细胞应激可以诱导细胞质TDP-43液滴形成，而TDP-43液滴可以转变为固体状态，这表明在神经变性中观察到的TDP-43聚集可能是由LLPS启动的。驱动相分离和聚集的机制仍不清楚。

在一项新的研究中，来自美国加州大学圣地亚哥分校和北卡罗来纳大学教堂山分校等研究机构的研究人员确定了TDP-43在体外细胞培养物和啮齿动物神经系统神经元中发生相分离的关键调控机制。相关研究结果发表在2021年2月5日的Science期刊上，论文标题为“HSP70 chaperones RNA-free TDP-43 into anisotropic intranuclear liquid spherical shells”。

图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abb4309。

存在RNA结合缺陷的TDP-43由导致ALS或FTD的突变或TDP-43的RNA识别基序发生的翻译后乙酰化修饰引起，并发生相分离形成不均小体（anisosome），即具有对称液态球壳和液态核心的液滴。他们发现未结合RNA的TDP-43富集在不均小体的壳体中，它的浓度是周围核质中的50倍。它的RNA识别基序乙酰化通过废除RNA与TDP-43的相互作用促进了不均小体的形成。不均小体的壳体表现出双折射性（即活细胞内蛋白形成的液晶区室存在的证据）。正如用低温电子断层扫描法测定的那样，不均小体的壳体是紧密包装的，对一些核蛋白和RNA产生了一个无膜的的选择性屏障。

他们的数学模型预测，不均小体是由一个核心组分驱动的，自我相互作用，弱结合TDP-43，不结合RNA。在这些概念的指导下，他们使用邻近标记（proximity labeling）和定量蛋白质组学来确定HSP70伴侣蛋白作为不均小体的主要核心组分。HSP70伴侣蛋白选择性地结合并稳定了未结合RNA的TDP-43。抑制三磷酸腺苷（ATP）依赖性的HSP70家族伴侣蛋白活性或降低细胞ATP水平，可诱导TDP-43不均小体快速转化为均匀的凝胶。模拟已知的老化过程中蛋白酶体活性下降的蛋白酶体瞬时抑制在啮齿动物的神经元中引发TDP-43解聚成不均小体。死后的ATP减少足以将不均小体转化为类似于神经退行性疾病中发现的蛋白聚集物。

他们确定了RNA结合蛋白TDP-43的相分离如何通过RNA结合、致病突变、翻译后修饰或伴侣蛋白活性在细胞内受到调控。存在RNA结合缺失的TDP-43解聚成不均小体。HSP70家族的伴侣蛋白活性是维持不均小体的外壳和核心的液态所必需的。当ATP水平下降时，不均小体转化为蛋白聚集物，与在患者脑组织中发现的病理性聚集物的前体一致。这些研究结果表明，TDP-43和HSP70伴侣蛋白在驱动非结合RNA的TDP-43发生相分离形成不均小体并防止TDP-43聚集方面存在重要的搭档关系。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Haiyang Yu et al. HSP70 chaperones RNA-free TDP-43 into anisotropic intranuclear liquid spherical shells. Science, 2021, doi:10.1126/science.abb4309.