研究揭示多巴胺对Tau蛋白的保护性修饰

近日，北京大学化学与分子工程学院、北大-清华生命科学联合中心、北大成都前沿交叉生物技术研究院王初课题组与中国科学院上海有机化学研究所刘聪课题组合作，在Nature Chemical Biology杂志上发表了题为“Quantitative Chemoproteomics Reveals Dopamine’s Protective Modification of Tau”的研究文章。在这项工作中，作者发展了定量化学蛋白质组学策略对鼠脑中的多巴胺修饰位点进行了全局性的解析，并揭示了多巴胺修饰在调节Tau功能中发挥保护作用，这加深了研究者对DA在人类生理和病理功能的理解，对靶向Tau的药物研发具有重要指导意义。

多巴胺（DA）是一种重要的神经递质，在神经活动的调节过程中发挥重要作用。在中枢神经系统中，DA的合成、转运和释放受到严格控制，这主要是由于儿茶酚胺结构很容易被氧化产生一系列亲电产物。已有研究表明，这些氧化产物能够通过Michael加成的方式共价修饰到底物蛋白上（这类修饰在该工作中被称为“Dopamination”），影响蛋白质的功能，但是我们对DA功能的认识仍有待深入。

图1. DIA-ABPP揭示Tau半胱氨酸上的保护性多巴胺修饰

多巴胺的化学反应性质使其更容易发生在半胱氨酸（特别是活性半胱氨酸）上，基于半胱氨酸特异性探针的化学蛋白质组学技术有潜力以位点特异性的方式定量全局的Dopamination。在这项工作中，作者首先利用梯度浓度的多巴胺对活性蛋白质组进行孵育，随后加入半胱氨酸选择性探针IA-alkyne对剩余位点进行标记，通过基于数据非依赖性采集（DIA）的蛋白质组分析方法对多巴胺竞争探针标记信号的程度进行精确定量，准确测定了DA对蛋白质组中6000多个活性半胱氨酸的半有效抑制浓度（IC₅₀）。在这些位点中，作者发现神经退行性疾病阿尔兹海默症中关键蛋白Tau上位于功能区域的两个保守半胱氨酸位点表现出与DA的高反应性。作者接下来对修饰进行了生物正交探针的验证，并在后续的功能性实验上发现Tau中两种半胱氨酸的Dopamination不仅可以阻止淀粉样蛋白聚集，还可以增强其促进微管蛋白组装成微管的生理功能，最后在鼠脑内源样本中通过可靠的质谱数据充分证明了内源Dopamination修饰的存在。

总的来说，该工作基于定量化学蛋白质组学平台大规模鉴定和定量小鼠脑蛋白质组中的Dopamination位点，证明了Tau蛋白高保守半胱氨酸上存在内源性Dopamination，这种修饰在体外能够抑制Tau蛋白淀粉样原纤维化并促进Tau介导的微管组装，具有保护作用。该研究加深了研究者对DA在人类生理和病理功能的理解，对于靶向Tau的药物研发具有重要指导意义。

王初课题组2023届毕业生王倩雯博士、刘聪课题组2023届毕业生刘正涛博士、王初课题组2023级博士研究生王右葭为共同第一作者。王初、刘聪以及肖伟弟为该工作的共同通讯作者。该工作得到了北京分子科学国家研究中心、科技部重点研发项目、国家自然科学基金、四川省自然科学基金等项目的支持。