LRP1提供治疗Tau蛋白相关神经退行性疾病的新治疗靶标

神经退行性疾病进展的一个重要事件是蛋白聚合体扩散。越来越多的证据表明微管相关蛋白Tau在包括阿尔茨海默病在内多种形式的痴呆发病中的具有重要作用【1】。这些疾病的特征是蛋白聚合体的顺序传播及沉积,均与疾病严重程度相关。然而,tau蛋白传播的细胞生物学机制仍不清楚。

2020年4月1日,来自美国加州大学圣芭芭拉分校的Kenneth Kosik课题组在Nature杂志在线发表了题为LRP1 is a master regulator of tau uptake and spread的研究论文,报道了低密度脂蛋白相关蛋白1(LRP1)可以控制tau蛋白内吞及后续扩散传播,从而鉴定了LRP1作为调节tau蛋白扩散的关键因子,这一结果提示LRP1可以成为治疗与tau蛋白扩散及聚集相关疾病的重要靶标。

首先,为同时研究低密度脂蛋白受体(LDLR)家族成员是否可以影响tau蛋白内吞,研究人员使用细胞系水平的CRISPR干扰技术(CRISPRi),研究抑制不同LDLR家族成员基因表达后细胞内吞tau蛋白的效应,发现抑制LRP1表达后能几乎完全阻止tau蛋白的摄取(图1)

图1. LRP1介导的Tau蛋白摄取

为了进一步验证细胞系敲减LRP1的结果,研究人员对已知的LRP1结合蛋白——受体相关蛋白(Receptor-associated protein, RAP)进行了RAP残基的点突变研究。同时,为研究Tau蛋白如何与LRP1相互作用,研究人员对LDLR家族成员与其配体结合的晶体结构进行了研究。这些研究的结构均证实了赖氨酸残基在Tau蛋白和LRP1的相互作用中的重要作用。

因为LRP1含有4个主要配体结合区域(图2c),为研究其中哪一个区域可影响Tau蛋白摄取,研究人员设计了不同胞外片段,研究单独亚片段是否可以在LRP1-敲减细胞系里拯救Tau蛋白的内吞效应。研究人员发现亚片段mLRP4可以完全拯救Tau蛋白内吞(图2d),这一结果被进一步的免疫共沉淀实验所佐证。这些结果提示,mLRP4是Tau蛋白摄取的主要相互作用区域。

图2. Tau蛋白与LRP1的相互作用方式

正常情况下,LRP1主要表达在神经元突触后致密区(Post-synaptic density)【2】,且此前的研究工作已经提示Tau蛋白在在体情况下可以通过跨突触机制进行传播。因此,研究人员接下来想要回答的问题是,Tau蛋白在神经元内是否可以通过LRP1进行调控?研究人员再次使用CRISPR干扰技术,对人源多能干细胞诱导的神经元敲减LRP1的表达,发现LRP1敲减可显著降低Tau蛋白内吞效应。形态学染色及流式细胞实验均进一步证实这一结论(图3)

图3. LRP1介导神经元内Tau蛋白摄取

最后,研究人员想回答的问题是,LRP1是否在大脑内的Tau蛋白传播过程中发挥关键作用?研究人员设计AAV载体,从而可以有效区分感染人源Tau蛋白及通过传播接受人源Tau蛋白的神经元。研究人员使用携带靶向LRP1的shRNA的AAV-PHP.eB对小鼠LRP1表达进行敲减,随后在海马区注射AAV-GFP-P2A-hTau,通过hTau+/GFP的细胞计数,确定了LRP1敲减小鼠的Tau蛋白传播显著降低。

图4. 在体敲减LRP1能有效降低Tau蛋白传播

总之言之,该研究鉴定了LRP1作为介导Tau蛋白在神经元内吞的重要调节因子,同时也发现,LRP1也在大脑内Tau蛋白的传播过程中发挥重要作用,表现在敲减神经元LRP1后Tau蛋白传播显著降低。因此,本文提供了治疗Tau蛋白相关的神经退行性疾病的新治疗靶标。

原文链接:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2156-5

1. Goedert M, Eisenburg DS, and Crowther RA. Propagation of tau aggregates and neurodegeneration. Annu. Rev. Neurosci. 40, 189–210 (2017).
2. Andersen OM & Willnow TE. Lipoprotein receptors in Alzheimer’s disease. Trends Neurosci 29, 687–694 (2006).
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