معلومة

ما هو بروتين فوسفوريلات تاو وما الذي يسبب فسفرة تاو؟

ما هو بروتين فوسفوريلات تاو وما الذي يسبب فسفرة تاو؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أريد أن أعرف ما هو الفسفوريلات ببروتين تاو وأشكاله الإسوية الستة. أعلم أن الكينازات تسبب أحداث الفسفرة ، وفي تاو يمكن فسفرتها في خلية عصبية سليمة في التشكل التحويلي ، ولكن عندما تكون مفرطة الفسفرة فإنها تصبح تشكل رابطة الدول المستقلة لـ تاو.

هل تتسبب نفس الكينازات أو مختلفة في الفسفرة الطبيعية / فرط الفسفرة غير الطبيعي في تاو؟ هل يكتمل بواسطة كيناز واحد أم عدة كينازات؟

----يحرر---

لقد قرأت الكثير من العديد من الأوراق المختلفة واكتشفت أن هناك نوعين من كينازات الطيف العريض المصنفة على النحو التالي: كينازات موجهة بالبرولين ، مثل كينازات CDK5 و GSK-3beta Non-proline الموجهة

المصدر: https://www.hindawi.com/journals/omcl/2015/151979/

لكني قرأت في هذه الورقة: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3601591/

أن Cdc2 يمكنه أيضًا فسفوريلات تاو

سؤالي الجديد هو متابعة لسؤالي السابق الحالي ، أعتقد لماذا يتم فسفرة تاو على الإطلاق؟ ما الذي يسبب الفسفرة في تاو في المقام الأول؟ شكرا.


Xu Han و Keping Chen *

معهد علوم الحياة ، جامعة جيانغسو ، جمهورية الصين الشعبية

تم الاستلام: 12 فبراير 2020 | نشرت: 19 مارس 2020

المؤلف المراسل: كيبينغ تشن ، معهد علوم الحياة ، جامعة جيانغسو ، 301 Xuefu Road ، Zhenjiang 212013 ، جمهورية الصين الشعبية

الملخص

فسفرة البروتين هي تعديل قابل للعكس بعد الترجمة يتضمن سلسلة من الكينازات الخاصة بالتسلسل ويحدث على بقايا محددة مثل السيرين ، والثريونين ، والتيروزين. تعمل الفسفرة العكسية للبروتينات على تنظيم جميع جوانب دورة حياة الخلية تقريبًا ، كما أن الفسفرة غير الطبيعية هي سبب أو نتيجة للعديد من الأمراض. يمكن لحالات فسفرة البروتين التوسط في تكوين معقد البروتين وتنظيم وظيفة البروتين ، وهو أمر مهم لفسيولوجيا الخلية ولكن يمكن أيضًا أن يعزز أحداث الاعتلال العصبي. بروتين تاو هو بروتين مهم جدًا مرتبط بالأنابيب الدقيقة في الدماغ ، ويحدث بشكل شائع في الخلايا العصبية والخلايا الدبقية. يرتبط مستوى الفسفرة بها بمجموعة متنوعة من أمراض الجهاز العصبي المركزي مثل مرض الزهايمر. في ظل الظروف العادية ، تساعد فسفرة تاو بعد النسخ على استقرار الأنابيب الدقيقة. ومع ذلك ، يمكن أن يؤدي فرط الفسفرة إلى تشوه وتجميع أنواع مختلفة من مكونات الهيكل الخلوي للأنسجة العصبية ، مما يؤدي إلى فقدانها لوظائفها الطبيعية.

الكلمات الدالة: بروتين تاو الفسفرة تأثيرات هيكل التوبولين لمرض ألزهايمر

الاختصارات: الخرائط: البروتينات المرتبطة بالأنابيب الدقيقة AD: مرض الزهايمر MTRS: النقل الزئبقي SER: Serine THR: Threonine MT: الأنبوب الدقيق GSK3β: Glycogen Synthase Kinase 3β ALA: Alanine PD: مجال الإسقاط MBD: الأنبوب الدقيق- المجال الملزم PSP: التقدمي فوق النواة البروتين المرتبط 1B GSK3: Glycogen Synthase Kinase 3 CDK5: Kinases المعتمدة على Cyclin 5 NFTs: التشابك الليفي العصبي PHFs: الخيوط الحلزونية المقترنة SFs: الخيوط المستقيمة FTLD: تنكس الفص الجبهي الصدغي CJD: Creutzfeldt-Jakob Disease PDPKinase -نظام البروتيزوم PHF: زوج من الشعيرات الحلزونية PTPs: البروتين التيروزين الفوسفاتاز PSPs: البروتين سيرين / ثريونين الفوسفاتاز PP1: أنواع الفوسفاتيز 1 PsP2A: أنواع الفوسفاتيز 2A PP2B: أنواع الفوسفاتيز 2B PP2C: أنواع الفوسفاتيز 2C PP: البروتين رنين الطاقة بنقل PKA: بروتين كيناز أ

مقدمة

يشار إلى البروتينات الخلوية التي ترتبط بالأنابيب الدقيقة مجتمعة باسم البروتينات المرتبطة بالأنابيب الدقيقة (MAPs). في ظل الظروف العادية ، تعد MAPs مكونات أساسية للحفاظ على هيكل ووظيفة الأنابيب الدقيقة. يمكنها زيادة استقرار الأنابيب الدقيقة ، وتعزيز تجميع الأنابيب الدقيقة ، وتنظيم العلاقة بين الأنابيب الدقيقة والمكونات الخلوية الأخرى [1]. تحتوي الخرائط على منطقتين وظيفيتين: مجال ربط قلوي يرتبط بجانب الأنابيب الدقيقة ومجال ربط حمضي بارز وهو عبارة عن بنية خيطية بارزة في شكل جسر أفقي يربط الخريطة بمكونات خلوية أخرى ، مكونات الهيكل الخلوي ، الأغشية والتركيبات الأخرى. تحتوي MAPs على نشاط ربط الأنابيب الدقيقة ، ويمكن أداء وظيفتها عن طريق تنظيم الفسفرة وإزالة الفسفرة من الأحماض الأمينية المحددة. تم اكتشاف مجموعة متنوعة من وظائف MAP التي تتضمن تنظيم ديناميات الهيكل الخلوي الدقيقة. توجد MAPs في الأنسجة العصبية أثناء تطور الخلايا العصبية وتلعب دورًا لا غنى عنه في إعادة تشكيل الأنابيب الدقيقة أثناء نشاط الخلايا العصبية وفي استقرار الأنابيب الدقيقة أثناء صيانة الخلايا العصبية. نتيجة لذلك ، تؤدي الطفرات في MAPs إلى اضطرابات النمو العصبي والاضطرابات النفسية والأمراض العصبية التنكسية.

يتم تنظيم MAPs بعد الترجمة عن طريق الفسفرة ، والتي يمكن أن تؤثر على تقارب الأنابيب الدقيقة ، أو توطين الخلايا ، أو الوظيفة العامة لخرائط MAP المحددة مع تأثير عميق على صحة الخلايا العصبية. يتم تنظيم نشاط ربط الأنابيب الدقيقة لخطة عمل البحر المتوسط ​​عن طريق الفسفرة ونزع الفسفرة من الأحماض الأمينية المحددة. تشتمل عائلة MAP بشكل أساسي على MAP1 و MAP2 و tau و MAP4. تم العثور على الثلاثة الأولى بشكل رئيسي في الخلايا العصبية ، بينما يوجد MAP4 في جميع أنواع الخلايا. من بين هذه الخرائط الأربعة ، كان دور فسفرة بروتين تاو وإزالة الفسفرة في مرض الزهايمر (AD) هو الأكثر دراسة على نطاق واسع وتم إحراز تقدم كبير. تتمثل وظيفة بروتين تاو المرتبط بالأنابيب الدقيقة في تعزيز تجميع الأنابيب الدقيقة وتثبيتها في الخلايا العصبية ، وهو أمر ضروري للنقل المحوري ونمو النوريت [2]. تاو هو بروتين فسفوري مرتبط بالأنابيب الدقيقة وهو وفير في الخلايا العصبية ويتم تنظيمه بواسطة كينازات البروتين وفوسفاتازات البروتين. يرتبط تاو المفسفر بشكل مناسب بالأنابيب الدقيقة ، وبالتالي يحفز تجميع التوبولين في الأنابيب الدقيقة ويحافظ على استقرار الأنابيب الدقيقة [3]. في دماغ مرض الزهايمر ، يكون تاو مفرطًا بشكل غير طبيعي في الفسفرة حيث يحتوي على ثلاثة إلى أربعة أضعاف الفوسفات أكثر من مادة تاو العادية [4]. في المختبر وفي الجسم الحي ، تبين أن فرط الفسفرة في تاو يقلل من ألفة تاو للأنابيب الدقيقة ، مما يؤدي إلى تعطيل الهيكل الخلوي العصبي والنقل المحوري [5]. يعتبر التجمع غير الطبيعي لبروتين تاو مفرط الفسفرة سمة مرضية شائعة لاضطرابات النمو العصبي التي يشار إليها عادةً باسم اعتلال تاوباثي ، بما في ذلك مرض الزهايمر والشلل فوق النووي المترقي والخرف الجبهي الصدغي [6]. العديد من الأمراض العصبية التنكسية ، يشار إليها مجتمعة باسم tauopathy ، تتميز بتاو غير قابل للذوبان ، عالي الفسفرة وهو عبارة عن تضمين عصبي للخيوط الحلزونية المستقيمة أو المزدوجة [7].

الأنابيب الدقيقة وتأثيرات فسفرة تاو على بنية الأنابيب الدقيقة

يتأثر تطور الخلايا العصبية ووظيفتها بالبنية التحتية للهيكل الخلوي للخلايا ، أي الأنابيب الدقيقة والأكتين وشبكات الفتيل الوسيطة. يتم تنظيم شبكات الهيكل الخلوي للأنابيب الدقيقة في مصفوفات مستقرة وديناميكية توفر الدعم الهيكلي كمسارات للحركة الجزيئية وتعمل كمنصات إشارة أثناء تطور الخلايا العصبية واللدونة [٨-١٠]. تتكون الأنابيب الدقيقة من محولات متغايرة ألفا وبيتا توبيولين والتي تتجمع في خيوط أولية ثم تلامس بعضها البعض بشكل جانبي لتشكيل نبيبات [11]. يجب أن يكون β-Tubulin في حالة مرتبطة بـ GTP للسماح بتجميع غير المتجانسات على الخيوط الأولية. يرتبط Alpha- tubulin بـ β-tubulin ولكن فقط-tubulin يمكنه تحلل GTP. بمجرد أن يتم تجميع الخيوط الأولية ، يتم تعريض بيتا-توبيولين عند "الطرف الزائد" ويتم تعريض ألفا توبولين عند "الطرف السالب". تؤدي هذه القطبية الهيكلية إلى اختلاف في معدل النمو عند كل طرف وقد لوحظ أن السد النهائي يحدث في كثير من الأحيان [12] ويكون أسرع بكثير في الطرف الموجب منه في الطرف السفلي. يمكن تعديل الأنابيب الدقيقة داخل الخلايا عن طريق التبديل بين الحالات المجمعة والمفككة في عملية تسمى عدم الاستقرار الديناميكي [13]. تمتلك MAPs القدرة على الارتباط بمشابك الأنابيب الدقيقة أو التوبولين المتغاير أو كليهما. يمكنهم بالتالي تنظيم حركيات التجميع / التفكيك للأنابيب الدقيقة لتنظيم وإعادة تشكيل هيكل الهيكل الخلوي للأنابيب الدقيقة بشكل صحيح أثناء تطور الخلايا العصبية ونشاطها [14 ، 15].

توجد المغايرات α- و-tubulin التي تتجمع في الأنابيب الدقيقة في حالة توازن ديناميكي مع توبولين غير بوليمري. تشكل البنية الخيطية للأنابيب الدقيقة هياكل خلوية داخل الخلايا في مجموعة متنوعة من الخلايا ولكنها غنية بشكل خاص في الخلايا العصبية [16-18]. يمكن تنظيم ديناميكيات تجميع الأنابيب الدقيقة عن طريق درجة الحرارة ، وتعديلات بروتين الأنابيب الدقيقة ، والجزيئات الصغيرة مثل باكليتاكسيل ، وبعض البروتينات المتفاعلة للنقل الزئبقي (MerT) [19-21]. نظرًا لأن الأنابيب الدقيقة تلعب دورًا مهمًا في مجموعة واسعة من الوظائف البيولوجية ، بما في ذلك التكوين الهيكلي للخلايا العصبية ونقل المواد داخل الخلايا ، فمن المتوقع أن اضطراب الأنابيب الدقيقة (إن وجد) يمكن أن يؤثر بعمق على بنية الخلايا العصبية ووظيفتها [22-24]. تم تحديد بروتين تاو كعامل يعزز تجميع الأنابيب الدقيقة وثباتها. يُعتقد أن تجميع الأنابيب الدقيقة ينظم بشكل سلبي بواسطة فسفرة بروتين تاو. تم تحديد أكثر من 40 بقايا سيرين (Ser) وثريونين (Thr) كمواقع فسفرة محتملة على بروتين تاو. على الرغم من أن الأهمية البيولوجية لكل موقع من مواقع الفسفرة غير واضحة ، فمن المعروف أن فسفرة تاو في Ser-262 من تاو (في بروتين تاو المكون من 441 بقايا) لها تأثير عميق على تفاعلها مع الأنابيب الدقيقة [25].

تأثير فسفرة تاو على بنية ثريونين 231

يتم ترجمة تسلسل الأحماض الأمينية الذي يتفاعل مع MT في Tau إلى منطقة غنية بالبرولين ومجال متكرر. يحتوي Tau على 85 موقعًا محتملاً للفسفرة ، منها ثلاثة مواقع S214 و T231 و S262 ضرورية لتفاعل Tau-MT. في تاو ، يتم فسفرة كل من المواقع غير المحضرة والمعتمدة بواسطة GSK3β ، مع كون Thr231 أبرز حاتمة التمهيدي [26]. على الرغم من أن الفسفرة لـ S262 قللت بشدة من تقارب MT [27] ، فإن الفسفرة لـ S214 [28] و T231 [29] قللت بشكل أساسي بلمرة تاو MTs. القدرة [30] الفسفرة في T231 لا تنظم فقط ربط MT ، ولكنها مهمة أيضًا لدور تاو في المرض [31] لأنها تفصل تاو عن MTS ، والتي قد تتفاعل مع شريك خلية آخر [32]. العديد من الكينازات يمكنها فسفوريلات تاو في T231 ، بما في ذلك الجليكوجين سينثاز كيناز 3β (GSK3β) ، أحد أهم الكينازات المشاركة في عمليات المرض [33]. بعد الشروع في الفسفرة في S235 ، فإن GSK3β الفسفرة T231 بكفاءة أكبر [34] ، على الرغم من أن بدء الفسفرة هذا غير مطلوب [33]. تحتوي رواسب تاو المعزولة من مرضى الزهايمر عادةً على الفسفرة T231 و S235 ، بالإضافة إلى الفسفرة S237 و S238 [35]. علاوة على ذلك ، كان الموقع غير المجهز على GSK3β-R96A الفسفرة tau أكثر فاعلية من GSK3β من النوع البري ، مما يشير بوضوح إلى أهمية فسفرة الموقع الأولي في تنظيم تفاعلات tau-microtubule [36]. بعد هذه الدراسة الأولية ، تم إثبات أن فسفرة تاو المستحثة بواسطة GSK3β لـ Thr231 تلعب دورًا رئيسيًا في تقليل ارتباط tau وتثبيت الأنابيب الدقيقة [37]. في الخلايا المصابة بالعدوى المنقولة ، كان tau مع Thr231 المتحور إلى Ala لا يزال قادرًا على الارتباط بكفاءة بالأنابيب الدقيقة بعد الفسفرة باستخدام GSK3β [37]. تُظهر هذه الدراسات بوضوح أنه على الرغم من أن GSK3β فسفوريلات العديد من المواقع على tau ، إلا أنه ليس لجميع المواقع تأثير على وظيفة تاو.

هيكل و فسفرة بروتين تاو

شكل 1: تتشكل أيزومرات مختلفة من تاو عن طريق التضفير البديل لمركب الرنا المرسال في دماغ البالغين الطبيعي. يتكون بروتين تاو من منطقتين كبيرتين: مجال الإسقاط (PD) ومجال ربط الأنابيب الدقيقة (MBD). يتم تمييز الأيزومرات الستة الفريدة بشكل أساسي من خلال عدد متواليات إدخال طرف N (0N ، 1N ، أو 2N) وعدد مرات تكرار ربط الأنابيب الدقيقة (3R أو 4R) التي تحتوي عليها. في دماغ البالغين العادي ، تبلغ نسبة أيزومرات 3R إلى 4R حوالي 1: 1.

تم التعرف على بروتين تاو في عام 1975 على أنه بروتين له القدرة على تحفيز تكوين الأنابيب الدقيقة [38،39]. إنها أكثر خريطة عمل ماب انتشارًا في الدماغ الطبيعي وتتمثل وظيفتها الأساسية في ربط التوبولين وتعزيز البلمرة في الأنابيب الدقيقة [39]. كما أنه يتحد مع الأنابيب الدقيقة كاملة التكوين للحفاظ على ثباتها [40] ، وتقليل تفكك جزيئات التيوبيولين ، والحث على تكوين حزم الأنابيب الدقيقة. يقع جين تاو على الذراع الطويلة للكروموسوم 17 ويحتوي على 79 موقع فسفرة يمكن تعديلها بواسطة كينازات بروتين سيرين / ثريونين [38]. في الواقع ، يتم تحديد بلمرة وتثبيت الأنابيب الدقيقة بشكل أساسي من خلال حالة الفسفرة تاو. يمكن تقسيم الفسفرة في تاو إلى نوعين اعتمادًا على ما إذا كانت البقايا المعدلة قد تمت فسفرتها بواسطة كيناز موجه بالبرولين أو كيناز غير موجه بالبرولين. على طول المسار المرضي للعديد من الأمراض التنكسية العصبية ، يتم فسفرة بروتين تاو بشكل رئيسي (ولكن ليس فقط) بواسطة كينازات البروتين الموجه بالبرولين. في الجهاز العصبي المركزي للإنسان السليم ، ينتج عن التضفير البديل لـ tau mRNA ستة أشكال مختلفة من بروتين تاو يتراوح طولها بين 352-441 من الأحماض الأمينية بأوزان جزيئية من 48-67 كيلو دالتون (الشكل 1) [41-43]. ينقسم بروتين تاو إلى أربع مناطق: المنطقة الحمضية في الجزء N- الطرفي ، والمنطقة الغنية بالبرولين ، ومجال ربط الأنابيب الدقيقة ، والمنطقة الطرفية C. من بين 85 موقعًا مفترضًا للفسفرة في بروتين تاو ، هناك 45 موقعًا عبارة عن سيرينات ، و 35 موقعًا من ثريونين ، و 5 مواقع من التيروزينات [44-46].

الفسفرة السيرين على شكل KXGS لمجال ربط الأنابيب الدقيقة يقلل من تقارب تاو للأنابيب الدقيقة وبالتالي يمنع ارتباطها [47-49]. كمية بروتين تاو الفسفرة في المواقع الغنية بالبرولين مثل Thr-181 و Ser-199 و Thr-231 أعلى في أدمغة مرضى الزهايمر ، وبالتالي يمكن استخدام هذه الأشكال الثلاثة من تاو الفسفرة كمؤشرات حيوية لمرض الزهايمر [50-52) ]. أظهر التحليل الحركي أن الفسفرة الكاذبة أدت إلى زيادة معدل تراكم تاو عن طريق زيادة معدل نواة الخيوط. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يزيد من الميل للتجمع عن طريق تثبيت الشعيرات الناضجة لمنع إزالة البلمرة. يتم توزيع الفوسفات المرتبط تساهميًا داخل مجال ربط الأنابيب الدقيقة tau وبجوار ما يقرب من 40 موقعًا [45،53،54]. قد يؤثر شغل هذه المواقع على تجميع تاو بطريقتين. أولاً ، ينظم شغل مواقع معينة تقارب تاو توبولين [55] ، مما يعزز زيادة مستوى تاو السيتوبلازمي الحر المتاح للتنوي ودعم تفاعلات التجميع [56-59]. ثانيًا ، يزيد فرط الفسفرة بشكل مباشر من ميل تراكم تاو [60 ، 61]. بالإضافة إلى ذلك ، تم الإبلاغ عن الفسفرة تاو للحد من تحويل تاو بوساطة البروتيازوم في نماذج الخلايا العصبية [62]. وبالتالي ، فإن شغل بعض مواقع الفسفرة تاو يمكن أن يزيد من تركيز تاو السيتوبلازمي الحر من خلال مجموعة متنوعة من الآليات.

فسفرة تاو والأمراض العصبية

تسمى الأمراض التنكسية العصبية التي تحتوي على أجسام وفيرة من بروتين تاو الخيطي باعتلال تاوباثيس tauopathies. تختلف بعض أمراض التنكس العصبي عن مرض الزهايمر في أنها تفتقر إلى علم أمراض لويحات بيتا أميلويد [63]. ومع ذلك ، فإن اعتلالات تاووباتا بخلاف الزهايمر تشمل مرض باركنسون المرتبط بالكروموسوم 17 مع الخرف الجبهي الصدغي ، واعتلال الدماغ الرضحي المزمن ، والشلل الحبيبي الجليدي ، والشلل فوق النووي التقدمي (PSP) ، والتنكس القشري القاعدي ، واعتلال الأوعية الدبقية الكروية ، ومرض بيك. بسبب التراكم غير الطبيعي لبروتين تاو الفسفوري في الخلايا العصبية والدبقية في هذه الأمراض التنكسية العصبية ، يمكن أن تتأثر اللدونة المشبكية للخلايا العصبية الحُصينية ، وتعطل وظيفة الذاكرة بشكل خطير [64]. تم الإبلاغ عن أن التغيرات في فسفرة البروتين تؤثر على النقل المحوري في نماذج الأمراض التنكسية العصبية. على سبيل المثال ، أظهرت إحدى الدراسات أنه مع زيادة فسفرة بروتينات الخيوط العصبية والبروتين المرتبط بالأنابيب الدقيقة MAP1B ، انخفضت معدلات النقل المحوري لكل منهما [65].

في المقابل ، كشفت دراسة أخرى أن مستوى الفسفرة المحسن لـ tau زاد من المعدل البطيء الكلي لنقل بروتين tau في الخلايا العصبية وأن تثبيط فسفرة tau بواسطة GSK-3 قلل من حركته (الشكل 2). بسبب هذه النتائج وغيرها من النتائج المماثلة ، تم اعتبار عيوب النقل المحوري أحد العوامل المساهمة في مرض التنكس العصبي [66]. (الشكل 2) Tau والبروتينات الأخرى المرتبطة بالأنابيب الدقيقة يتم فسفرتها بواسطة glycogen synthase kinase 3 (GSK-3) ، وكذلك كينازات تعتمد على السيكلين (مثل CDK5) والوحدة الفرعية للمنشط p25 ، لتشكيل بروتينات تاو عالية الفسفرة. هذا الشكل عالي الفسفرة من البروتين يتفكك بعد ذلك إلى خيوط حلزونية تشكل في النهاية التشابك الليفي العصبي (NFTs) يُعرف بمرض الزهايمر باعتباره السبب الرئيسي للخرف ويقدر أنه يؤثر على 47 مليون شخص في جميع أنحاء العالم [67]. يتسم المرض في المقام الأول بضعف تدريجي في الإدراك والذاكرة. السمات المرضية العصبية لمرض الزهايمر هي (1) موت الخلايا على نطاق واسع ، (2) الرواسب خارج الخلية من لويحات بيتا اميلويد (التي تسبب التهاب الكلية) ، و (3) التجميع المتشابك لبروتين تاو المفرط الفسفرة المعروف أيضًا باسم التشابك الليفي العصبي (NFTs) [68]. تحليل التركيب البلوري لخيوط تاو في أدمغة ميلادي بواسطة فيتزباتريك وآخرون. في عام 2017 ، أظهرت أن شوائب tau المرضية تتكون من خيوط حلزونية مقترنة (PHFs) وخيوط مستقيمة (SFs) [69-71].

الشكل 2: يتم فسفرة تاو والبروتينات الأخرى المرتبطة بالأنابيب الدقيقة بواسطة الجليكوجين سينثاز كيناز 3 (GSK- 3) ، وكذلك كينازات تعتمد على السيكلين (مثل CDK5) والوحدة الفرعية للمنشط p25 ، لتشكيل بروتينات تاو عالية الفسفرة. ثم يتفكك هذا الشكل عالي الفسفرة من البروتين إلى خيوط حلزونية تشكل في النهاية التشابكات الليفية العصبية (NFTs).

فسفرة تاو تعزز تكوين PHF. يمكن أن تكون الفسفرة أيضًا طريقة مجدية من الناحية الفسيولوجية لإدخال تاو في حالة معرضة للـ PHF. يمكن أن تغير الفسفرة شكل تاو ، مما يجعلها طويلة وقاسية [72]. أظهر الفحص المجهري الإلكتروني السلبي الملطخ أن جوهر PHFs و SFs يتكون من كومة حلزونية مزدوجة من الوحدات الفرعية على شكل C [73] والخطوات المتعاقبة على طول-strand من البروتوفيلامين مرتبطة بالتناظر الحلزوني. علاوة على ذلك ، فإن المنطقة الطرفية C في تاو غير منظمة ، وهي تنطلق بعيدًا عن القلب لتشكيل قشرة ضبابية [74]. تتشابه نوى الشعيرات الأولية في PHFs و SFs ، مما يشير إلى أنها متعددة الأشكال فائقة الدقة. يرجع تعدد أشكال البنية التحتية بين PHF و SF إلى الاختلاف في الاتصال الجانبي بين الخيوط الأولية. في PHF ، يشكل الخيطان نفس الهيكل المتماثل الحلزوني تمامًا ، بينما في SF ، تكون الخيوط الأولية غير متماثلة. في ميلادي ، يتم فسفرة تاو بدرجة عالية والعديد من الكينازات الرئيسية التي تفسفر بروتين تاو تستهدف مواقع فسفرة تاو المستهدفة [75]. آخر كينازات رئيسية مسؤولة عن فرط فسفرة تاو هو كيناز 5 المعتمد على السيكلين (CDK5) ، وهو عضو في عائلة سيرين / ثريونين كيناز من الكينازات المعتمدة على السيكلين.

لا تحتوي معظم الخلايا العصبية لمرض الزهايمر على بنية الأنابيب الدقيقة الطبيعية ، ولكن بدلاً من ذلك تحتوي على NFTs المرضية التي تكون عبارة عن خيوط حلزونية مقترنة بتاو غير طبيعي مفرط الفسفرة. منذ أن ثبت أن علم أمراض تاو مرتبط بفقدان الخلايا العصبية ، فإن إحدى استراتيجيات العلاج التي تستهدف الأساس الجزيئي لمرض الزهايمر تتضمن تثبيط فرط فسفرة تاو [76]. لفحص ما إذا كان تدمير الأنابيب الدقيقة يؤدي إلى فسفرة تاو ، وآخرون. بروتين تاو المعبر عنه بالاشتراك مع ستاثمين ، وهو بروتين فوسفوري 19 كيلو دالتون الذي يزيل بلمرة الأنابيب الدقيقة ، في خلايا COS-7. تسبب تعبير Stathmin في حدوث طفرات في الأنابيب الدقيقة وفرط الفسفرة في تاو في Thr- 181 ، و Ser-202 ، و Thr-205 ، مما يشير إلى أن اضطراب الأنابيب الدقيقة يؤدي إلى حدوث فسفرة تاو اللاحقة [77]. يشمل تنكس الفص الجبهي الصدغي (FTLD) متلازمتين سريريتين وثلاثة أنواع فرعية إكلينيكية: المتلازمات السريرية هي الخرف الجبهي الصدغي المتغير السلوكي والحبسة الأولية التقدمية ، وتتميز الأنواع الفرعية المرضية العصبية بتجمع البروتين غير الطبيعي [64]. PSP هو مرض تنكسي عصبي نادر ومتأخر الظهور وتشمل أعراضه السريرية عدم استقرار الوضع المبكر وشلل النظرة العمودي وظهور الخرف في وقت لاحق.

من منظور البنية التحتية ، فإن خيوط NFT الموجودة في PSP مستقيمة وتحتوي فقط على الشكل الإسوي 4R لبروتين تاو [78]. كشفت النماذج الحيوانية أن الطفرات في جين تاو أدت إلى نمو الخلايا الحبيبية التلفيفية المسننة من ألياف الحصين المطحلب ، والصرع الأولي ناتج جزئيًا عن طفرات في جين بروتين تاو. تم العثور أيضًا على طفرة S169L في جين بريسنيلين 1 في المرضى الذين يعانون من نوبات الصرع ومرض الزهايمر العائلي [79]. الزهايمر هو السبب الأكثر شيوعًا للخرف. وهو مرض تنكسي يصيب الجهاز العصبي المركزي ويتميز بشكل أساسي بضعف الإدراك التدريجي وضعف الذاكرة. السمات المرضية الرئيسية لمرض الزهايمر هي لويحات الشيخوخة والتشابك الليفي العصبي. المكون الأساسي للتشابك الليفي العصبي هو ليفي حلزوني مزدوج يتكون من بروتين تاو المعدل بشكل غير طبيعي [80]. مرض كروتزفيلد جاكوب (CJD) هو مرض تنكسي عصبي بشري نادر وقاتل ينتمي إلى عائلة من الأمراض المعروفة باسم اعتلال الدماغ الإسفنجي القابل للانتقال أو أمراض البريون. يكون مستوى السائل الدماغي النخاعي في مرضى CJD أعلى بكثير من مستوى مرضى الزهايمر ومرضى الخرف الآخرين [81] (الجدول 1). كما هو مفصل أعلاه ، من الواضح أن بروتين تاو يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالعديد من أمراض الجهاز العصبي المركزي ، ويمكن أن يؤدي توضيح آلية عمله إلى أهداف جديدة لعلاج الأمراض المرتبطة ببروتين تاو.

الجدول 1: تصنيف وخصائص الأمراض التي تسببها الفسفرة تاو.

تؤثر الفسفرة على النقل المحوري وتدهور بروتين تاو

يتراكم الشكل الفسفوري لـ MAP tau في التشابك الليفي العصبي في مرض الزهايمر. للتحقيق في تأثير بقايا تاو محددة الفسفرة على وظيفة البروتين ، يتم التعبير عن بروتين تاو من النوع البري أو بروتين تاو الفسفوري في الخلايا المستنبتة. أظهرت نتائجهم أن الفسفرة المعززة لـ tau تقلل من ارتباط الأنابيب الدقيقة وتزيد من عدد جسيمات تاو المتحركة دون التأثير على حركية النقل المحوري. على العكس من ذلك ، أدى تقليل فسفرة بروتين تاو إلى زيادة كمية بروتين تاو المرتبط بالأنابيب الدقيقة وتثبيط النقل المحوري لتاو. لتحديد ما إذا كانت إزالة بروتين تاو أدت إلى زيادة تاو الفسفرة ، تم منع الالتهام الذاتي في الخلايا العصبية. نتج عن ذلك زيادة بمقدار 3 أضعاف في تاو الفسفرة مقارنة بنوع تاو البري ولم يتأثر تاو الداخلي. في الخلايا الليفية الجنينية للفئران التي تعاني من نقص الالتهام الذاتي ، تم أيضًا تقليل التحلل البروتوزومي للتاو الفسفوري مقارنةً مع تاو من النوع البري. تشير هذه النتائج إلى أنه في حين أن كلا من الالتهام الذاتي ومسارات البروتياز متورطة في تدهور تاو ، يبدو أن الالتهام الذاتي هو المسار الرئيسي لإزالة تاو الفسفوري في الخلايا العصبية. لذلك ، قد تساهم الالتهام الذاتي المعيب في التراكم المرضي للتاو الفسفوري في الأمراض التنكسية العصبية [82].

تتميز Tauopathies بوجود بروتين تاو غير القابل للذوبان. يتم تحقيق تفاعل tau مع الأنابيب الدقيقة بشكل أساسي من خلال مجال ربط الأنابيب الدقيقة الموجود في الطرف C في tau. يحتوي هذا المجال إما على ثلاثة أو أربعة تكرارات ربط (اعتمادًا على التضفير البديل للإكسونات العاشرة) ، مما ينتج عنه أيزومر بروتين تاو 3R أو 4R ، على التوالي. ومع ذلك ، يتفاعل تاو أيضًا مع مكونات غشاء البلازما من خلال مجال الإسقاط الطرفي N [83]. بينما نعلم أن الفسفرة في تاو تقلل من قدرتها على ربط الأنابيب الدقيقة وتثبيتها ، وجدنا مؤخرًا أن ارتباط تاو بغشاء البلازما ينظم أيضًا عن طريق الفسفرة [84]. من المعروف أن زيادة الفسفرة في تاو تقلل من تقاربها مع الأنابيب الدقيقة ، مما يؤدي إلى عدم استقرار الهيكل الخلوي العصبي [85]. تم إثبات أن الفسفرة تحديدًا في Ser-262 و Ser-293 و Ser-324 و Ser-356 ، وهي عبارة عن سيرينات موجودة في متواليات KXGS لنطاقات R1 و R2 و R3 و R4 ، على التوالي ، تقلل من ارتباط تاو. إلى الأنابيب الدقيقة. تساهم الفسفرة في تاو في المناطق الغنية بالبرولين المحيطة بـ Ser-202 و Ser-235 و Thr-231 و Ser-235 أيضًا في تفكك tau من الأنابيب الدقيقة. ومع ذلك ، فإن الفسفرة في المناطق الغنية بالبرولين وحدها لا تكفي لفصل تاو تمامًا عن الأنابيب الدقيقة [29]. GSK3β هو بروتين رئيسي في مسار إشارات الأنسولين الذي يفسفر العديد من المخلفات على تاو [77،86]. أكثر مواقع فسفرة تاو ملاءمة لـ GSK- 3β هي Ser-396 و Ser-400 و Ser-404 [87].

تم الإبلاغ عن الفسفرة لـ Ser-262 لتؤدي إلى انخفاض ارتباط الأنابيب الدقيقة لـ tau [48،88]. ومع ذلك ، فإن فسفرة Ser-262 تسبب في حوالي 40٪ فقط من نشاط ربط الأنابيب الدقيقة [89] ، مما يشير إلى أن الفسفرة في مواقع أخرى ضرورية لتثبيط نشاطها البيولوجي تمامًا. تم تحديد مواقع الفسفرة الـ 21 في PHF-tau من خلال التفاعل مع تقنيات تسلسل البروتين والأجسام المضادة في مواقع الفسفرة المختلفة. من بينها 10 مواقع على شكل Ser / Thr- Pro و 11 على شكل non-Ser / Thr-Pro [90،91]. قد يتم فسفرة مواقع Ser / Thr-Pro وغير Ser / Thr-Pro بواسطة بروتين كيناز المعتمد على البرولين (PDPK) وغير PDPK ، على التوالي. في موقع الفسفرة غير الموجه بالبرولين لـ PHF-tau ، يكون كل من Ser-208 و Ser-210 في نطاق عزر SR.

بالإضافة إلى ذلك ، بالإضافة إلى موقع GSK-3βphosphorylation المعروف في تاو ، فقد حددت الدراسات موقع فسفرة جديد Thr-175 وموقع فسفرة غير مطرد Ser-400. TTK هو Ser / Thr كيناز غير موجه بالبرولين تم تنقيته من دماغ البقر [92]. إنه أول تاو كيناز يقوم بفوسفوريلات Ser-208 و Ser-210 ، وكلاهما من فوسفات PHE. موقع. Thr-212 عبارة عن بقايا مجاورة قريبة من Ser-208 في تاو ومن المعروف أنها موقع الفسفرة لـ GSK-3β [93]. أظهرت اختبارات الامتصاص بواسطة الببتيدات pS208 و pS210 خصوصية مضاد pS208. لذلك ، يمكننا أن نؤكد أن موقع الفسفرة Ser-208 هو موقع منفصل عن Thr-212. بالإضافة إلى تأثيره على النقل ، فإن فسفرة تاو تؤثر أيضًا على قدرتها على التدهور [94]. درسنا تدهور تاو بواسطة نظام اليوبيكويتين البروتيازومي (UPS) والتلوث الكلي (الالتهام الذاتي) في سياق نقل تاو. في حين أن UPS تقضي على البروتينات العابرة عن طريق وسمها بسلاسل يوبيكويتين ، فإن الالتهام الذاتي يزيل البروتينات الهيكلية طويلة العمر ، وكذلك البروتينات التالفة أو غير المطوية [95]. وقد ثبت أيضًا أن الالتهام الذاتي يقلل من كلا النوعين البري وبروتينات تاو المعدلة ، بما في ذلك الأنواع المشقوقة في كاسباس والأنواع المقطوعة نهائيًا [96].

فرط فسفرة بروتين تاو

يمكن أن تؤدي فسفرة البروتين الشاذ إلى عمليات مرتبطة بالأمراض [97]. وفقًا لذلك ، يتم ملاحظة الفسفرة غير الطبيعية لـ tau في العديد من أمراض التنكس العصبي. على سبيل المثال ، أظهرت التحقيقات النسيجية المرضية لمرض الزهايمر تراكمًا خارج الخلايا العصبية لببتيد بيتا أميلويد في اللويحات ، والتجمعات العصبية من NFTs ، وداء أستروجليوسيس المحيط بالخلايا العصبية [98]. يؤدي فرط الفسفرة غير الطبيعي في تاو إلى التراكم ، وتشكيل NFTs ، وتمزق الأنابيب الدقيقة ، والخلل في الخلايا العصبية ، والموت [99]. يتكون NFT من زوج من الخيوط الحلزونية (PHF) ، والتي تتكون بدورها من بروتين تاو المرتبط بالأنابيب الدقيقة في حالة فرط الفسفرة [100]. في ميلادي ، يبدو أن نظام الفسفرة / نزع الفسفرة قد تأثر بشكل كبير [101]. لقد ثبت أن امتصاص الجلوكوز في الدماغ / التمثيل الغذائي في الدماغ ضعيف [102] وقد تم اقتراح هذا الضرر ليكون مرتبطًا بفرط فسفرة غير طبيعي في تاو. يشير هذا الاكتشاف إلى أن الخلايا النجمية عامل رئيسي ، خاصةً لأن التغيرات في امتصاص الجلوكوز و / أو امتصاص الغلوتامات (بوساطة الخلايا النجمية) تؤثر على وظيفة الخلايا العصبية والبقاء على قيد الحياة.

من خلال شلالات الإشارات المعقدة ، يمكن لفسفرة البروتين وإزالة الفسفرة تنظيم اللدونة العصبية والانتقال العصبي ، وبالتالي إضعاف التعلم والذاكرة. يتم التحكم في تسلسل الإشارة بدقة من خلال العملية الديناميكية القابلة للانعكاس من الفسفرة التي تعتمد على توازن دقيق بين بروتين كيناز ونشاط فوسفاتيز البروتين. يتنبأ تسلسل الجينوم البشري بوجود أكثر من 500 كيناز وحوالي 150 جينًا من الفوسفاتيز. تنقسم كينازات البروتين إلى عائلتين: كينازات سيرين / ثريونين مع 428 عضوًا وكينازات التيروزين مع 90 عضوًا [103104]. يتم تصنيف فوسفاتازات البروتين إلى ثلاث عائلات مختلفة: بروتين فوسفاتيز التيروزين (PTPs) [105] ، بروتين سيرين / فوسفاتازات ثريونين (PSPs) [106] ، وفوسفاتازات بروتين ثنائية النوعية (التيروزين وسيرين / ثريونين). من الفوسفاتازات المعروفة ، حوالي 107 هي PTPs وحوالي 40 PSPs [107].

تظهر البيانات الحديثة أن عائلة إنزيم الفوسفاتيز تلعب دورًا لا غنى عنه في التحكم في وظيفة الخلايا العصبية [108]. يمثل بروتين سيرين ثريونين فوسفاتيز عائلة متعددة الجينات محفوظة بشكل كبير في التطور [109]. استنادًا إلى تجانس التسلسل والخصائص الكيميائية الحيوية ، يمكن تقسيم الفوسفاتازات المعروفة إلى أربع عائلات مترابطة. العائلات الثلاث من أنواع بروتين سيرين ثريونين فوسفاتيز 1 و 2 A و 2 B (PP1 و PP2A و PP2B) لها تماثل تسلسل الأحماض الأمينية الأساسي ، على التوالي. في المقابل ، يكون نوع الفوسفاتيز 2C (PP2C) أكثر تنوعًا. من بينها ، PP2A هو بروتين فوسفاتيز ينظم معظم فسفرة بروتين تاو. من بين فوسفاتاز تاو التي تم تحديدها في الدماغ البشري ، يمثل PP2A أكثر من 70 ٪ من إزالة الفسفرة من تاو [110]. في الدماغ AD ، انخفض نشاط PP2A بشكل ملحوظ [111]. PP2A هو إنزيم متعدد الوحدات يتكون من وحدة فرعية تحفيزية (C) ووحدتين فرعيتين تنظيميتين (وحدة فرعية A أو وحدة فرعية B). يعتبر الشكل الفسيولوجي لـ PP2A تكوينًا غير متجانس يتكون من وحدتين فرعيتين A و C. تريمر. الشكل الطبيعي الرئيسي لـ PP2A هو مغاير مغاير حيث يرتبط الإنزيم الأساسي بواحدة من عدة وحدات فرعية تنظيمية يتم التعبير عنها بطريقة خاصة بالخلية والأنسجة [112]. وظيفة أخرى محتملة لـ PP2A في الدماغ هي تنظيم فسفرة البروتين المرتبط بالأنابيب الدقيقة (MAPS).

The activity of protein phosphatase (PP) 2A is downregulated and promotes hyperphosphorylation of tau in the brain of Alzheimer’s disease (AD). Studies have shown that calyculin A, a potent specific protein phosphatase (PP) 2A and PP1 inhibitor, is injected into both sides of the rat hippocampus, thereby replicating Alzheimer’s- like defects in the dephosphorylation system. It was found that rats injected with calyculin A found spatial memory retention damage in the Morris water maze test. At the same time, tau was hyperphosphorylated at the Ser396 / Ser404 (PHF-1) and Ser-262 / Ser-356 (12E8) sites, as determined by immunohistochemistry and Western blotting. This suggests that PP2A is involved in the in vivo regulation of tau phosphorylation and that down-regulation of this phosphatase will result in hyperphosphorylation of tau protein [113]. The hyperphosphorylation of the tau protein and the subsequent formation of NFTs are associated with abnormal activation of protein kinases [114].

In fact, studies have shown that the imbalance of kinase and phosphatase activity may play a causative role in the hyperphosphorylation of tau [102]. The proline-directed protein kinases that catalyze the phosphorylation of tau (such as GSK-3 and CDK5) predominantly do so at Ser-Pro and Thr-Pro sites on the tau protein, whereas the non-proline-directed protein kinases (such as protein kinase A, protein kinase C, calmodulin-dependent kinases, plasmin- dependent kinases, and glucocorticoid-dependent kinases) primarily phosphorylate serine or threonine residues and do not require proline guidance. It has been demonstrated at the cellular, brain, and animal levels that phosphatases play an important role in protein degradation in neurons in diseases such as AD. Studies have reported that inhibiting protein phosphatase activity induced tau hyperphosphorylation and aggregation [115].

Drugs that Affect Tau Phosphorylation Patterns

Nimodipine Attenuates Phosphorylation of Tau at Ser-396: Nimodipine is an L-type calcium channel antagonist that reduces excessive calcium influx in pathological conditions [116] and shows neuroprotective effects. Nimodipine treatment was initially used due to its ability to produce vasodilation in smooth muscle cells lined with blood vessels [117]. Chronic cerebral hypofusion (CCH) has been reported to promote hyperphosphorylation of the tau protein. It showed that nimodipine attenuated CCH-induced tau phosphorylation by up-regulating the expression of miR-132. In addition, nimodipine inhibited CCH-induced activation of GSK-3β and neuronal apoptosis. These findings support the role of nimodipine in inhibiting tau phosphorylation at Ser-396 via miR-132/GSK-3β and points to new potential drug target for the treatment of tauopathy in CCH by regulating the miR-132/GSK3β pathway [116].

Tamoxifen Inhibits CDK5 Kinase Activity and Regulates Tau Phosphorylation: CDK5 is a multifunctional enzyme that plays an important role in brain development. The catalytic subunit of this kinase does not have enzymatic activity as a monomer but is activated by binding to activation subunits p35 or p39. These activation subunits are structurally related to cyclins, activators of cell cycle CDKs, but do not show homology with cyclins at the amino acid level. In contrast to other CDKs, activation of CDK5 does not require phosphorylation of the activation loop. Studies have shown that neurotoxicity induces proteolytic cleavage of the p35 subunit by calcium-regulated calpains [68]. In vitro experiments have shown that this proteolytic conversion of p35 to p25 does not significantly alter the steady-state kinetics of tau phosphorylation by CDK5 [118]. The binding of CDK5 to p25, the N-terminally truncated proteolytic product, stabilizes CDK5 in the active dimer form and alters its substrate specificity.et al.identified tamoxifen from a large-scale bioluminescent resonance energy transfer (BRET)-based screen of small molecules that inhibit the interaction between CDK5 and p25. They showed that tamoxifen reduced tau phosphorylation by blocking the activation of CDK5 by p25 [118]. This finding paves the way for new therapies for tauopathies by harnessing the drug tamoxifen [118].

Rapamycin Reduces Tau Phosphorylation at Ser-214 by Modulating cAMP-Dependent kinases: Mammalian target of rapamycin (mTOR) is a highly evolutionarily conserved serine/threonine kinase. mTOR is involved in regulating many cellular processes such as autophagy, protein translation, ribosome biosynthesis, actin organization, mitochondrial oxygen consumption, proliferation, and differentiation [119]. It is worth noting that mTOR acts as a linker to protein kinase signals, receiving inputs from many upstream signaling pathways and delivering various downstream kinases such as cAMP-dependent protein kinases (e.g. PKA), GSK-3β, and mitogen-activated protein kinases [120]. Since all these kinases are tau-associated kinases, whether rapamycin can modulate tau phosphorylation by regulating these kinases remains to be determined. In human neuroblastoma SH-SY5Y cells, a cell model widely used for tau pathology studies, research indicated that rapamycin reduced the PKA-mediated phosphorylation of tau at Ser-214. Similar results were obtained in wild-type human embryonic kidney 293 (HEK293) cells that were stably transfected with the longest isoform of recombinant human tau (tau441 HEK293/tau441). Since Ser-214 is a site that blocks tau hyperphosphorylation [121], the inhibition of mTOR by rapamycin could indirectly prevent or reduce tau hyperphosphorylation.

Research has focused on rapamycin-induced enhancement of autophagy, as autophagy mediates massive degradation of cytoplasmic content and thus enhances the clearance of hyperphosphorylated tau [122]. It is also thought that rapamycin may inhibit the synthesis of the tau protein. However, since autophagyinduced by rapamycin gives priority to the reduction of excessive phosphorylated and insoluble tau and soluble tau is dispersed throughout the cell, it may not be easy to reduce tau levels by autophagic degradation, and showed that rapamycin improved memory deficits in 6-month-old 3xTg AD mice before accumulation of hyperphosphorylated and insoluble tau was observed [123]. Similarly, another study using an AD mouse model showed that the protective effect of rapamycin was apparent only before insoluble tau accumulated in these animals [124]. These studies suggest that the protective effects of rapamycin may not be limited to autophagic clearance of hyperphosphorylated and insoluble tau.

استنتاج

As a major MAP, tau protein plays an important role in neurodegenerative diseases. AD is pathologically identified by the presence of NFTs containing hyperphosphorylated tau protein. Glycosylation and ubiquitination also play a role in aberrant tau phosphorylation. Investigating the phosphorylation mechanisms of tau protein provides considerable insight into the progress of neurodegenerative diseases and can provide a reasonable basis for early disease treatment. Tubulin is a very unstable protein that easily loses GTP/ GDP exchange efficiency at 37°C without the presence of GTP and protein-stabilizing compounds with multiple hydroxyl groups. Thus, decreased tubulin turnover and/or the reduced expression of factors required for tubulin maintenance may decrease the number of microtubules or tubulin level in normal aging neurons. In addition, in autophagy-deficient mouse embryonic fibroblasts, but not in neurons, proteasomal degradation of phosphorylated tau is reduced compared to wild-type tau.

While autophagy and proteasome pathways are involved in tau degradation, autophagy appears to be the main pathway for the clearance of phosphorylated tau in neurons. The enhancement of autophagy pathways may have potential as a novel therapeutic strategy in AD and other neurodegenerative diseases, along with inhibiting in vivo signaling pathways that form hyperphosphorylated tau and proteins aggregates. Phosphorylation of the tau protein is regulated by inhibiting GSK-3β, CDK5, and activating PP2A acid esterase. In vitro cell culture studies have revealed that aniline, rhodanine, benzylhydrazide, amino pyridine, and other such compounds can inhibit the aggregation of tau. In recent years, a defect in kinase inactivation in old age has been suggested as a potential mechanism linking body temperature regulation and tau protein phosphorylation. This finding could provide a strategy to help the elderly improve their thermoregulatory mechanisms. It may also serve as a potential new AD treatment strategy.

Table Abbreviations

Frontotemporal dementia and tremor paralysis: FTDP-17, Microtubule Associated Protein Tau: MAPT, progressive supranuclear palsy: PSP, Marfan syndrome: MFS, Alzheimer’s disease: AD, Creutzfeldt-Jakob disease: CJD, Colony Stimulating Factor: CSF

Author Contributions

Conceptualization, Xu Han. and Keping Chen. Validation, Keping Chen. Formal Analysis, Xu Han Investigation, Xu Han. Writing – Original Draft Preparation, Xu Han Writing – Review & Editing, Xu Han. Visualization, Xu Han. Supervision, Keping Chen Project Administration, Keping Chen. Funding Acquisition, Keping Chen.

Funding

This work was supported by the ational Natural Science Foundation of China [No. 31572467].

Acknowledgment

We would like to thank LetPub (www.LetPub.com) for providing linguistic assistance during the preparation of this manuscript.

Conflicts of Interest

الكتاب تعلن أنه ليس لديهم المصالح المتنافسة.

-->


مقدمة

Alzheimer’s disease (AD) is the most common neurodegenerative dementia and affects more than 35 million people worldwide. Thus, the development of therapeutic methods is urgently needed to determine the underlying molecular mechanism of AD. Major pathological hallmarks of AD include senile plaques and neurofibrillary tangles (NFT), which consist mainly of amyloid β peptide (Aβ) and hyperphosphorylated tau, respectively (Mattson, 1997 Bettens et al., 2010). Mutations of the amyloid precursor protein (APP) and presenilin, a component of γ-secretase, are found in familial AD, and previous studies have established the hypothesis of the amyloid cascade (Huse and Doms, 2000 Gotz et al., 2004 Hardy, 2006 Bertram et al., 2010). On the basis of this hypothesis, great effort has been paid to develop drugs to reduce Aβ production or to clear Aβ, but successful results have not yet been obtained. In contrast, it has been shown that tau pathology is more closely related to neuronal loss (Gómez-Isla et al., 1997 Ingelsson et al., 2004). Tau is a genetic factor of a neurodegenerative disease known as frontotemporal dementia parkinsonism linked with chromosome 17 (FTDP-17 Hutton et al., 1998 Poorkaj et al., 1998 Spillantini et al., 1998). FTDP-17 tau mutants are highly phosphorylated in patient brains. Regardless of whether phosphorylation is a cause of FTDP-17, it is still critical to determine the neuronal milieu in which tau hyperphosphorylation occurs. Cyclin-dependent kinase 5 (Cdk5) is a major tau kinase that is involved in abnormal phosphorylation in AD brains (Imahori and Uchida, 1997 Cruz and Tsai, 2004 Engmann and Giese, 2009). Here, we summarize the phosphorylation of tau by Cdk5. To the best of our knowledge, this is the first review article focused specifically on Cdk5 phosphorylation of tau.


الملخص

One of the hallmarks of Alzheimer's disease is the abnormal state of the microtubule-associated protein tau in neurons. It is both highly phosphorylated and aggregated into paired helical filaments, and it is commonly assumed that the hyperphosphorylation of tau causes its detachment from microtubules and promotes its assembly into PHFs. We have studied the relationship between the phosphorylation of tau by several kinases (MARK, PKA, MAPK, GSK3) and its assembly into PHFs. The proline-directed kinases MAPK and GSK3 are known to phosphorylate most Ser-Pro or Thr-Pro motifs in the regions flanking the repeat domain of tau: they induce the reaction with several antibodies diagnostic of Alzheimer PHFs, but this type of phosphorylation has only a weak effect on tau−microtubule interactions and on PHF assembly. By contrast, MARK and PKA phosphorylate several sites within the repeats (notably the KXGS motifs including Ser262, Ser324, and Ser356, plus Ser320) in addition PKA phosphorylates some sites in the flanking domains, notably Ser214. This type of phosphorylation strongly reduces tau's affinity for microtubules, and at the same time inhibits tau's assembly into PHFs. Thus, contrary to expectations, the phosphorylation that detaches tau from microtubules does not prime it for PHF assembly, but rather inhibits it. Likewise, although the phosphorylation sites on Ser-Pro or Thr-Pro motifs are the most prominent ones on Alzheimer PHFs (by antibody labeling), they are only weakly inhibitory to PHF assembly. This implies that the hyperphosphorylation of tau in Alzheimer's disease is not directly responsible for the pathological aggregation into PHFs on the contrary, phosphorylation protects tau against aggregation.

The project was supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft.

Corresponding author. Tel: +49-40-89982810. Fax: +49-40-89716822. E-mail: [email protected]


مناقشة

Due to the controversial role of neurofibrillary tangle (NFT) formation in the neurodegenerative process [2–4, 6–9, 43–47], a better understanding of the mechanisms leading to the formation of NFT would be beneficial to our understanding of AD.

In this report, we have demonstrated that GSK-3β phosphorylation of tau is sufficient to induce the clustering of ARA-induced filaments into structures similar to the NFT-like aggregates of tau filaments purified from AD brain [33, 34]. These results suggest that GSK-3β phosphorylation not only produces a small but significant increase in tau filament formation, but also shows that phosphorylation alters the nature of interactions between those filaments resulting in their clustering into NFT-like structures. Although in this report we address only the effects of tau phosphorylation by GSK-3β, ARA inducer concentration (the inducer:tau ratio in polymerization), and ThS on the clustering of tau filaments into NFT-like structures, we feel that this is an important first step in unraveling the molecular mechanisms of NFT formation through cell-free in vitro modeling.

The clusters of tau filaments formed by polymerization of GSK-3β phosphorylated tau are stable and their formation is readily reproducible, although various factors influence the size, mass and density of the clusters. Here we demonstrate the effects of inducer and the ratio of inducer:tau concentration on these properties. In general, we have found that phosphorylation by GSK-3β is sufficient for cluster formation. In addition, conditions that alter filament length modify both the density of the filaments in the cluster, and the size of the cluster. Increases in inducer concentration which result in a change from the suboptimal to optimal ratio of inducer:tau concentration in the polymerization reaction increase the filament length within clusters and the area covered by the clusters. This results in clustered filaments that are less densely packed. Conversely, conditions that decrease filament length produce smaller clusters that contain a higher density of filaments.

With this newly developed in vitro model, we can begin to dissect the molecular mechanisms that are involved in filament aggregations that form NFT-like structures. Further studies will be aimed at understanding whether GSK-3β phosphorylation unmasks regions of tau molecules that interact with one another in forming clusters or whether the GSK-3β phosphorylation sites are interacting directly. It is tempting to speculate a role for the former since GSK-3β phosphorylation results in an SDS-resistant conformational change as observed by an upward shift in mobility on SDS page analysis. The apparent increase in initial polymerization velocity as monitored by ThS fluorescence also suggests that the GSK-3β phosphorylated tau may be in a conformation that more readily interacts with the ARA inducer or with the ThS as used to detect amyloid-type interactions in tau kinetic analyses. Although the co-localization of GSK-3β with tau pathology in AD suggests that NFTs may form from the direct interaction of GSK-3β with tau filaments [15], our mock-phosphorylation results strongly suggest that phosphorylation is the primary role of GSK-3β in promoting cluster formation.

This in vitro model for NFT formation requires the induction of tau polymerization via the addition of ARA, which may lead to the questioning of its physiological relevance. An inducer of tau polymerization in AD and other neurodegenerative disorders has not been identified, but that does not dampen our enthusiasm for the use of ARA as an inducer in our cell-free in vitro model system. This is due to ample evidence that ARA induced tau filaments are structurally similar to filaments from AD [42, 48–51]. Additionally, there is growing evidence that ARA or its metabolites could be involved in the neurodegenerative process in AD (reviewed in [52]). While a direct connection between tau polymerization and ARA remains to be made in AD, the structural similarity between ARA induced filaments and AD filaments, plus the similarity between GSK-3β induced NFT-like clusters of tau filaments and those found in AD provide a strong argument for the physiological relevance of this model. In addition to the characterization of the GSK-3β induced clustering of filaments, this in vitro model provides a tool for investigating whether other kinases such as cyclin dependent kinase 5 or microtubule affinity regulating kinase have similar properties to induce the formation of NFT-like filament bundles. Likewise, other modifications found in association with AD NFTs, such as truncation, ubiquitination, nitration and glycation (reviewed in [1, 10]) could also be tested. Our hope is that these ongoing studies will isolate factors contributing not only to the formation of NFT-like clusters, but also to identify the conditions that could lead to potentially toxic tau aggregates in cell and animal culture models.


تعليقات

This is an interesting study that suggests the field may have to change the way they think about tau phosphorylation in Alzheimer's disease. Tau phosphorylation has historically been thought of as a contributor to neurofibrillary tangle formation and disease-associated tau toxicity, but in this study Ittner et al. identify that phosphorylation of tau on threonine 205 may actually serve a protective role. This is of note as phosphorylation of tau at this site has often been used as a measure of disease pathology and is the recognition site of the commonly used &ldquoAT8&rdquo tau antibody as well many commonly used reagents.

The authors identify p38γ, a previously underappreciated isoform of p38, as a tau kinase that preferentially phosphorylates T205. Surprisingly, loss of p38γ enhanced rather than suppressed tau-based toxicity. This could be explained through the observation that phosphorylation of T205 resulted in dissociation of tau/fyn/PSD-95 complexes, which was identified as a mechanism of tau-based neurotoxicity by the authors in a previous study. From a therapeutic perspective, a wealth of data is presented supporting p38γ as the key kinase regulating tau T205 phosphorylation, though unfortunately the development of compounds that act as kinase activators has proven far less tractable than kinase inhibitors. Therefore, more work is likely needed in order to translate these discoveries into development of new treatments for Alzheimer's disease.

Overall the study is comprehensive, well-designed, and contains a number of loss-of-function and gain-of-function experiments with both tau and p38γ that solidify their conclusions. It is a nice addition to our understanding of tau function and will surely provide a starting point for a range of future work.

This is a well-done study. Although the authors have not pointed it out, one very intriguing possible conclusion that can be drawn is that the Aβ drug trials, especially immunotherapies, continue to be negative because tau in AD brain is hyperphosphorylated at Thr 205, along with several other sites, which protects AD brain from Aβ-induced neurotoxicity and hence removal of Aβ will not have any beneficial therapeutic effect.

I believe a serious problem with this present study, and for that matter for many other such studies on the etiopathogenic relationship between Aβ and tau pathologies, is the use of highly artificial overexpression/knockout transgenic mice, which can grossly alter the quantitative effects and hence the outcome.

The hyperphosphorylation of tau has long been proposed to contribute to the tau pathology in Alzheimer&rsquos disease and other tauopathies. However, owing to the number and heterogeneity of phosphorylation sites on tau, investigating the exact role of phosphorylation of tau in neurodegeneration proves to be a challenge. Although hyperphosphorylation of tau is generally regarded as a culprit of neurodegeneration, hyperphosphorylation of tau occurs in other transient situations (e.g., hibernation, stress) without causing lasting side effects. In their recent paper, the Ittner brothers provide evidence that the phosphorylation of tau at Thr205 by P38γ can even be protective because it can suppress excitotoxicity induced by Aβ or PTZ. This is because the phosphorylation at Thr205 of tau disrupts the formation of NMDA-Receptor/PSD-95/tau/Fyn complexes, which mediate Aβ or PTZ induced excitotoxicity. This interesting result expands on the earlier studies of the Ittner and Götz team (Ittner et al., 2010), which assigned a physiological role to the small fraction of tau found in dendrites (which is otherwise mainly axonal). The Thr205 residue is one of several Ser-Pro or Thr-Pro motifs in tau that are targeted by several proline-directed kinases involved in cellular signaling pathways, including those of the JNK family. This type of phosphorylation has been under intense scrutiny, and therefore the current study can be compared to others, leaving several issues to be clarified in the future:

(1) Mondragon-Rodriguez and colleagues reported that phosphorylation of tau can suppress excitotoxicity and thus can serve as a regulatory mechanism to prevent NMDA receptor overexcitation (Mondragon-Rodriguez et al., 2012). These authors focused on phosphorylation of tau at the phospho-epitopes AT180, AT8, or AT100, also representing Ser-Pro or Thr-Pro sites, which reduces tau's interaction with PSD-95. This is at variance with the current study demonstrating that only phosphorylation at Thr205 reduces the association of tau with PSD-95 and Fyn.

(2) The current study showed that the kinase P38γ phosphorylates tau at Thr205 and to a lesser extent at Ser199 (included in the phospho-epitope AT8, a widely used antibody to characterize phosphorylated tau), but not at Ser 202 (included in the phospho-epitope AT8) and hardly any at Ser396 and Ser404 (epitopes of PHF1, another commonly used antibody against phospho-tau). On the other hand, several earlier studies (for instance, Buee-Scherrer and Goedert, 2002 Goedert et al., 1997) revealed that P38γ phosphorylates tau not only at AT8 sites, but also strongly at the PHF1-epitope pSer396/pSer404. It is not clear whether this discrepancy is due to the difference of antibodies used in these studies, since the current Ittner paper used antibodies with epitopes of a single phosphorylation site (pT205, pS202 etc.), while the other studies used antibodies against a combination of multiple phosphorylation sites (e.g. AT8, PHF1).

The present study also shows that the P38γ level is reduced in old APP23 mice but not in young APP23 mice (Fig.S10), compared to wild-type mice. On the other hand, the APP23 mice display enhanced epileptiform activity at four months, when there is no P38γ reduction. Therefore, there must be mechanisms independent of P38γ underlying the Aβ-induced hyperexcitotoxicity in the young APP mice whose nature deserves attention in future experiments.


مراجع

Lu, P.-J., Wulf, G., Zhou, X. Z., Davies, P. & Lu, K. P. طبيعة سجية 399, 784–788 (1999).

Lu, K. P., Hanes, S. D. & Hunter, T. طبيعة سجية 380, 544–547 (1996).

Yaffe, M. B. et al. علم 278, 1957–1960 (1997).

Vincent, I., Rosado, P. & Davies, P. J. خلية بيول. 132, 413–425 (1996).

Kondratick, C. M. & Vandré, D. D. J. Neurochem. 67, 2405–2416 (1996).

Pope, W. B. et al. إكسب. Neurol. 126, 185–194 (1994).

Illenberger, S. et al. مول. بيول. Cell 9, 1495–1512 (1998).

Hasegawa, M. et al. J. بيول. تشيم. 267, 17047–17054 (1992).

Watanabe, A. et al. J. بيول. تشيم. 268, 25712–25717 (1993).

Ishiguro, K. et al. FEBS ليت. 325, 167–172 (1993).

Goedert, M. et al. Biochem. ج. 301, 871–877 (1994).

Matsuo, E. S. et al. عصبون 13, 989–1002 (1994).

Morishima-Kawashima, M. et al. J. بيول. تشيم. 270, 823–829 (1995).

Goedert, M., Crowther, R. A. & Spillantini, M. G. عصبون 21, 955–958 (1998).

Vincent, I., Jicha, G., Rosado, M. & Dickson, D. W. J. Neurosci. 17, 3588–3598 (1997).

Nagy, Zs., Esiri, M. M., Cato, A.-M. & Smith, A. D. اكتا نيوروباتول. 94, 6–15 (1997).

Busser, J., Geldmacher, D. S. & Herrup, K. J. Neurosci. 18, 2801–2807 (1998).


ABSTRACT

Neurofibrillary tangles (NFTs), consisting of abnormally hyperphosphorylated tau, are implicated in the pathogenesis of several neurodegenerative diseases including Alzheimer's disease (AD). The molecular mechanisms underlying the regulation of tau phosphorylation are largely unknown. While the PI3K/Akt pathway has been shown to regulate multiple cellular events pertinent to AD pathogenesis, potential functions of tumor suppressor phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10 (PTEN) in AD pathogenesis have not been explored. Here, we examine the effects of PTEN on tau phosphorylation, its microtubule association and formation of aggregates, and consequentially neuronal morphology. In cultured cells, overexpression of wild-type (WT) PTEN alters tau phosphorylation at several sites, increases tau-microtubule association and decreases formation of tau aggregates. In addition, the phosphatase-null PTEN increases tau aggregation and impairs tau binding to microtubule and neurite outgrowth of neurons expressing the mutant PTEN. We also found a significant loss of PTEN in AD patient brains correlated with a dramatically increased concentration of phospho-tau at Ser-214 in NFTs. Together, our results demonstrate that PTEN regulates tau phosphorylation, binding to microtubules and formation of aggregates and neurite outgrowth. These findings suggest a link between malfunction of PTEN and tauopathy, and imply PTEN as a therapeutic target for tauopathy.—Zhang, X., Li, F., Bulloj, A., Zhang, Y.-w., Tong, G., Zhang, Z., Liao, F.-F., Xu, H. Tumor-suppressor PTEN affects tau phosphorylation, aggregation, and binding to microtubules. FASEB J. 20, E605–E613 (2006)

A key pathological hallmark for Alzheimer's disease (AD) is intracellular neurofibrillary tangles (NFTs), whose major component is bundles of paired helical filaments (PHF) of hyperphosphorylated tau proteins (1). The biochemical study of neuropathological lesions has revealed that such intracellular tau filamentous deposits occur numerous other neurodegenerative diseases as well, including Pick's disease (PiD), corticobasal degeneration (CBD), progressive supranuclear palsy (PSP), argyrophilic grain disease and frontotemporal dementia and parkinsonism linked to chromosome 17 (FTDP-17) (2). The evidence for a causal role of tau aggregation in neurodegenerative diseases was provided by the genetic analyses of the inherited FTDP-17, which led to identification of tau mutations that cause the disease (3–5).

Tau is a class of microtubule-associated protein (MAP) in neuronal and glial cells, which exist in six tau splicing variants in human brain. The tau protein is normally expressed in cytoplasm including cell bodies, neurites, and axons, where it binds to and stabilizes microtubules (6–8). Tau can be phosphorylated at several serine or threonine sites before proline. Numerous kinases, including CDK5 (cyclin-dependent kinase 5), GSK-3 (glycogen synthase kinase-3), MAPK (mitogen-activated protein kinase), protein kinase A (PKA), protein kinase (PKC), and Akt have been identified to phosphorylate tau في المختبر (9). Tau is phosphorylated under normal physiological conditions, carrying 2–3 phosphates per molecule. However, hyperphosphorylation of tau, which renders tau 3–4 times more phosphates (10, 11), will cause dysfunction of tau (12), tau aggregation, and likely NFTs formation (13).

The tumor suppressor gene Pten (phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10), also known as MMAC1 و TEP1, is the second most frequently mutated gene after p53 in many human sporadic and hereditary cancers (14–17). PTEN contains a tyrosine phosphatase functional domain, exhibiting both protein and lipid phosphatase activity في المختبر (18). The phosphatidylinositol (3–5)-triphosphate (PIP3) has been identified as a major lipid substrate for PTEN (15, 16), but the putative substrates of PTEN with proteinaceous nature are unknown. PTEN antagonizes the phosphoinositide 3-kinase (PI3K) signaling to govern a variety of crucial cellular functions, including cell proliferation, migration, and apoptosis (19, 20). Therefore, the lipid phosphatase activity of PTEN is critical for its tumor-suppressor function (21). Pten-null mice die at early embryonic stages, and heterozygous knockout mice develop a number of tumors (22–25). Mouse brains with conditionally inactivated Pten showed an increased soma size of neurons without altering proliferation (26, 27). A recent study showed decreased levels and altered distribution of PTEN along with elevated PI3K signaling in AD patient brains, suggesting that a loss of PTEN contributes to neurodegeneration in AD (28).

Akt and GSK-3 are two major downstream effectors of the PIP3 pathway. PTEN down-regulates Akt, which in turn activates GSK-3. GSK-3 has been shown to phosphorylate tau at multiple sites في المختبر و في الجسم الحي (29–33). The observation that Akt/GSK-3 can affect tau phosphorylation raises a possibility that PTEN may also modulate tau phosphorylation. In the present study, we have analyzed tau phosphorylation and investigated whether the altered phosphorylation of tau by PTEN leads to changes in tau aggregation and microtubulebinding ability in cultured cells and primary neurons. We demonstrate that WT PTEN modulates tau phosphorylation at certain residues reducing tau aggregation and promoting its microtubule binding, while lipid phosphatase-null PTEN has opposite effects. In addition, we observe a decreased concentration of PTEN accompanied by increased phospho-tau at Ser-214 (a major Akt site) in AD brains.


نتائج

The relative levels of phosphorylation of tau by JNK1, JNK2, JNK3, SAPK4, ERK2, GSK3β, DYRK1A and PKA were determined using the incorporation of 32 P and autoradiography (Fig. 2). SAPK4 was the best at phosphorylating tau, followed by JNK2, JNK3 and JNK1. The latter enzymes incorporated 79, 40 and 37% of label, when the amount of radioactivity in tau following phosphorylation by SAPK4 was taken as 100%. This value was 20% for ERK2 and GSK3β, 9% for DYRK1A and 4% for PKA. The extent of phosphorylation of tau protein was reflected in its reduced gel mobility (Fig. 2). Thus, phosphorylation by SAPK4 and JNK2 resulted in the highest apparent molecular mass of tau. Phosphorylation by JNK3 and JNK1 gave rise to broader bands of slower migrating tau. Lesser mobility shifts were seen upon phosphorylation by ERK2 and GSK3β, whereas tau phosphorylated by DYRK1A and PKA showed no change in mobility.

Relative levels of phosphorylation of human tau protein by JNK1, JNK2, JNK3, SAPK4, ERK2, GSK3β, DYRK1A and PKA. (a) Relative levels of 32 P-radioactivity incorporated into tau following phosphorylation, with the value for SAPK4 taken as 100%. Phosphorylated tau was resolved on SDS-PAGE and quantitated by PhosphorImager (Molecular Dynamics, Inc.) analysis (arbitrary units). The results are shown as the means ± SEM (ن = 5). (b) Autoradiogram (AR) of a typical experiment showing tau before and after phosphorylation.

Phosphorylation-dependent anti-tau antibodies were used to identify phosphorylated amino acid residues (Fig. 3, Table 1). Tau phosphorylated by SAPK4 and JNK2 gave similar patterns on immunoblots. It was strongly labelled by antibodies AT270, pS199, AT8, pS202, pT205, pT212, pT217, AD2, pS396, pS404 and AP422, and weakly by AT180 and pT231. Tau phosphorylated by JNK3 was strongly labelled by AT270, pS202, pT205, pS396 and AP422, and weakly by pS199, AT8, pT212, pT217, AD2 and pS404. Tau phosphorylated by JNK1 was strongly labelled by pS199, pS202, pT212, pS404 and AP422, and weakly by AT8, pT205, pT217, pS396 and AD2. Tau phosphorylated by ERK2 was strongly labelled by AT270, pS202 and AP422, and weakly by pS199, pT205, pT217, pT231, AD2, pS396 and pS404. Tau phosphorylated by GSK3β was strongly labelled by pS199, AD2, pS396 and pS404, and weakly by AT270, AT8, pS202 and pT205. Tau was phosphorylated at T212 by DYRK1A and at S214 by PKA. The epitope of antibody AT100 was not generated by any of the protein kinases used. When phosphorylated by the combination of GSK3β and JNK2, GSK3β and JNK3 or GSK3β and SAPK4, tau became strongly immunoreactive with antibody AT180, but not with antibody AT100 (Fig. 4). The combination of DYRK1A and PKA or GSK3β and PKA failed similarly to generate the AT100 epitope, even in the presence of 50 µg/mL heparin (data not shown).

Immunoblot analysis of phosphorylation of human tau protein by JNK1, JNK2, JNK3, SAPK4, ERK2, GSK3β, DYRK1A and PKA. Blots were incubated with anti-tau serum BR134 and the phosphorylation-dependent anti-tau antibodies AT270, pS199, AT8, pS202, pT205, pT212, pS214, pT217, pT231, AT180, AD2, pS396, pS404 and AP422. cont, No kinase.

الجسم المضاد Epitope [phosphorylation site(s)] كيناز
JNK1 JNK2 JNK3 SAPK4 ERK2 GSK3β DYRK1A PKA
AT270 Thr181 + + + + + + + + + + + +
pS199 Ser199 + + + + + + + + + + + + +
AT8 Ser202 + Thr205 + + + + + + + + + + + +
pS202 Ser202 + + + + + + + + + + + +
pT205 Thr205 + + + + + + + + + + + +
AT100 Thr212 + Ser214
pT212 Thr212 + + + + + + + + + + + +
pS214 Ser214
pT217 Thr217 + + + + + + + + + + + + + +
AT180 Thr231 + + + +
pT231 Thr231 + +
AD2 Ser396 + Ser404 + + + + + + + + + + +
pS396 Ser396 + + + + + + + + + + + +
pS404 Ser404 + + + + + + + + + + + + + + +
AP422 Ser422 + + + + + + + + + + + + +
  • –, no immunoreactivity +, weak immunoreactivity + +, strong immunoreactivity + + +, very strong immunoreactivity.

Immunoblot analysis of phosphorylation of human tau by JNK2, JNK3 and SAPK4, alone or in combination with GSK3β. GSK3β was added either at the same time as JNK2 (JNK2/GSK3β), JNK3 (JNK3/GSK3β) and SAPK4 (SAPK4/GSK3β), or 9 h after JNK2 (JNK2 + GSK3β), JNK3 (JNK3 + GSK3β) and SAPK4 (SAPK4 + GSK3β), or 9 h before JNK2 (GSK3β + JNK2), JNK3 (GSK3β + JNK3) and SAPK4 (GSK3β + SAPK4). Blots were incubated with the phosphorylation-independent anti-tau serum BR134 and the phosphorylation-dependent anti-tau antibodies AT180 and AT100. A68fr denotes sarkosyl-insoluble tau extracted from the brains of 5-month-old mice transgenic for human P301S tau protein ( Allen وآخرون. 2002 ).

We examined whether phosphorylation by JNK1, JNK2, JNK3 and SAPK4 influences the ability of tau to promote microtubule assembly (Fig. 5). Phosphorylation of tau by SAPK4 strongly reduced microtubule assembly, followed by JNK2, JNK3 and JNK1. The rates of polymerization calculated at 2 min after starting polymerization were 0.1%, 0.6%, 1.5% and 19.4%, respectively, with the value for non-phosphorylated tau taken as 100%.

Effects of phosphorylation by JNK1, JNK2, JNK3 and SAPK4 on the ability of tau to promote microtubule assembly. Polymerization of tubulin was monitored by turbidity over time following the addition of either non-phosphorylated tau (no kinase), or tau phosphorylated by JNK1, JNK2, JNK3 or SAPK4. No change in turbidity was observed in the absence of tau (dotted line). A typical experiment is shown. Similar results were obtained in three separate experiments.


شكر وتقدير

This work was supported by the UK Medical Research Council and the Alzheimer’s Research Trust. The authors thank Dr P. Seubert (Elan Pharmaceutials) for the 12E8 antibody, and Drs A. Dérevier and CJ. Zhao for help with the preparation of primary neuronal cultures.

الشكل S1. Substrate specificity of AMPK-related kinases. AMPK-related kinases (1 U/mL) were assayed using 0.1 mM of either AMARA peptide (AMARAASAAALARRR) or CHKtide (KKKVSRSGLYRSPSMPENLNRPR), as described in MATERIALS AND METHODS. The activities (relative 32P-labeling) are presented as the average ± SD of three separate experiments, with each determination performed in triplicate.

As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer-reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors.

اسم الملف وصف
JNC_7523_sm_FigS1.pdf89.4 KB Supporting info item

يرجى ملاحظة ما يلي: الناشر غير مسؤول عن محتوى أو وظيفة أي معلومات داعمة مقدمة من المؤلفين. يجب توجيه أي استفسارات (بخلاف المحتوى المفقود) إلى المؤلف المقابل للمقالة.