P301L-Tau 对人类 iPSC来源的皮质神经元和 Tau 转基因小鼠微管蛋白翻译后修饰的影响

doi:10.4103/NRR.NRR-D-23-01742

摘要/Abstract

摘要：

Tau 是一种微管相关蛋白，可促进轴突中微管的组装和稳定性。在一系列被称为tau蛋白病的疾病中，Tau 会发生错构和聚集。微管对神经元功能至关重要，并通过一系列复杂的翻译后修饰进行调节，这些修饰的变化会影响微管的稳定性和动力学、微管与其他蛋白质/细胞结构的相互作用，并介导微管破坏酶的招募。由于微管动力学损伤会导致神经元功能障碍，实验假设人类疾病中的认知障碍也会受到微管动力学损伤的影响。因此，实验旨在研究 Tau 的致病突变（P301L）对微管稳定性和动态的微管翻译后修饰的水平和定位的影响，以评估 P301L-Tau 是否会导致微管的稳定性改变。为了研究Tau的定位、磷酸化以及对微管蛋白翻译后修饰的影响，实验在人类MAPT-KO诱导多能干细胞（iPSC）来源的神经元（iNeurons）中表达了野生型或P301L-Tau，并检测了转基因人类P301L-Tau的小鼠（pR5小鼠）海马神经元中的Tau表达。与表达内源性 Tau 的神经元相比，表达 P301L 突变的最长 Tau 异构体（2N4R）的人类神经元在 AT8（而非 p-Ser-262 表位）处的 Tau 磷酸化增加，微管的多聚谷氨酰化和乙酰化增加。P301L-Tau表现出明显的树突和轴突，其轴树突分布与外源表达的2N4R-野生型Tau相似。与非转基因小鼠相比，转基因小鼠中表达 P301L-Tau 的海马神经元表现出突出的错构化和 tau蛋白病典型的 AT8 磷酸化，微管的多聚谷氨酰化增加，但乙酰化减少。总之，P301L 突变体 Tau 导致微管翻译后修饰发生变化，表明微管稳定性受损。这在小鼠中伴随着错构和聚集，但在人类多能干细胞衍生的神经元中却没有。微管翻译后修饰/损伤可能是tau蛋白病的关键因素。

https://orcid.org/0000-0002-7510-3077 (Hans Zempel)

Abstract: TAU is a microtubule-associated protein that promotes microtubule assembly and stability in the axon. TAU is missorted and aggregated in an array of diseases known as tauopathies. Microtubules are essential for neuronal function and regulated via a complex set of post-translational modifications, changes of which affect microtubule stability and dynamics, microtubule interaction with other proteins and cellular structures, and mediate recruitment of microtubule-severing enzymes. As impairment of microtubule dynamics causes neuronal dysfunction, we hypothesize cognitive impairment in human disease to be impacted by impairment of microtubule dynamics. We therefore aimed to study the effects of a disease-causing mutation of TAU (P301L) on the levels and localization of microtubule post-translational modifications indicative of microtubule stability and dynamics, to assess whether P301L-TAU causes stability-changing modifications to microtubules. To investigate TAU localization, phosphorylation, and effects on tubulin post-translational modifications, we expressed wild-type or P301L-TAU in human MAPT-KO induced pluripotent stem cell-derived neurons (iNeurons) and studied TAU in neurons in the hippocampus of mice transgenic for human P301L-TAU (pR5 mice). Human neurons expressing the longest TAU isoform (2N4R) with the P301L mutation showed increased TAU phosphorylation at the AT8, but not the p-Ser-262 epitope, and increased polyglutamylation and acetylation of microtubules compared with endogenous TAU-expressing neurons. P301L-TAU showed pronounced somatodendritic presence, but also successful axonal enrichment and a similar axodendritic distribution comparable to exogenously expressed 2N4R-wildtype-TAU. P301L-TAU-expressing hippocampal neurons in transgenic mice showed prominent missorting and tauopathy-typical AT8-phosphorylation of TAU and increased polyglutamylation, but reduced acetylation, of microtubules compared with non-transgenic littermates. In sum, P301L-TAU results in changes in microtubule PTMs, suggestive of impairment of microtubule stability. This is accompanied by missorting and aggregation of TAU in mice but not in iNeurons. Microtubule PTMs/impairment may be of key importance in tauopathies.

Key words: human induced pluripotent stem cell, microtubules, P301L, pR5 mice, TAU, tauopathy, tubulin code

. P301L-Tau 对人类 iPSC来源的皮质神经元和 Tau 转基因小鼠微管蛋白翻译后修饰的影响[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2025, 20(8): 2348-2360.

Mohamed Aghyad Al Kabbani, Christoph Köhler , Hans Zempel. Effects of P301L-TAU on post-translational modifications of microtubules in human iPSC-derived cortical neurons and TAU transgenic mice[J]. Neural Regeneration Research, 2025, 20(8): 2348-2360.

参考文献

引言

出版重点

《中国神经再生研究（英文版）》杂志为SCI、PubMed数据库收录的国际唯一一本专注神经再生领域研究的经同行评议的开放获取期刊，出版来自全球神经再生领域专业学者的前沿性基础研究及临床研究及转化医学、循证医学优秀的最新成果。

期刊出版来自于脑损伤与神经再生、脊髓损伤与神经再生、周围神经损伤与神经再生和神经退行性病与神经再生、神经影像与神经再生的相关研究。期刊关注神经损伤与再生过程中的轴突再生、突触生长、神经可塑性、神经修复和替代、神经移植等最新研究成果。尤其关注应用细胞治疗、基因治疗、生物因子治疗、药物治疗、手术治疗、康复治疗、物理疗法、组织工程、生物工程、生物材料、神经假体等干预性方法产生神经再生效果的相关研究。文章应清晰描述抑制神经元损伤、减轻神经元损伤的一系列变化，保护损伤神经元的过程、方法、程度与评价，突出从细胞分子水平以及分子生物学水平解释神经元损伤后以及预后再生的机制。

NRR杂志被国际重要数据库收录

科学引文索引（Science Citation Index Expanded，SCI）

美国国立医学图书馆（PubMed）

美国国立医学图书馆开放获取全文数据库（PubMed Central, PMC）

美国生物学文摘数据库（BIOSIS previews, BP）

美国《化学文摘》（Chemical Abstracts, CA）

Scopus荷兰《医学文摘库/医学文摘》（Excerpta Medica, EM）

波兰《哥伯尼索引》（Index of Copurnicus, IC）

OvidSP平台数据库

中国科学引文数据库（CSCD）

中国科技期刊数据库-统计源期刊（CSTPCD）

编委会

主编Editor-in-Chief

苏国辉院士（Kwok-fai So, Chair Professor and Head, Jessie Ho Professor in Neuroscience, Department of Anatomy, The University of Hong Kong）。

联系方式：Email: szb@nrren.org 电话：+86 138 0499 8773

编委会成员

期刊编委队伍由国际神经再生领域著名学者、中国科学院院士、香港大学苏国辉教授领导的由100多位国际神经再生优秀专家组成。共同致力于创办一本发表神经再生领域专业学术研究经同行严格评审的优秀学术期刊。

在线投稿平台

作者可以通过www.nrronline.org在线投稿。

所有的稿件都将通过该系统提交至NRR杂志电子投稿出版管理系统。

作者有不明确的问题，请访问szb@nrren.org或咨询+86 138 0499 8773。

投稿后，当论文已处于审稿或等待审稿状态时，2个月内请勿将稿件再投至他刊。

初次投稿：

投稿信:

应说明文章未一稿多投，全部作者是否对所投稿件内容知情同意，推荐2-3位小同行审稿人。

作者协议：

投稿时请注意作者协议，如同意后可继续完成投稿，投稿成功后作者已与杂志签定了文章的相关版权。

投稿后的同行评议

期刊投稿平台应用国际最大的投稿平台Editorial Manager，投到本刊的每篇稿件都要经过3-4位小同行审稿人评审，审稿方法为国际学科小同行组成双盲审稿。所有发表在杂志的文章都将经过严格的双盲同行层层评议，审稿中注重科学性、伦理学和文章真实性的严格审查。期刊将在投稿后4周内通知作者评审意见。

根据评审意见，编辑部决定稿件返修，再审，被接受或退稿。稿件被接受后，作者可经投稿平台以通讯作者账号随时查询稿件的出版进程。

材料方法

讨论

特邀稿件

对特邀综述稿件的要求：

（1）需提前向编委会提交写作大纲，通过选题后，文章需在2个月内完成。

（2）全文不超过6000个单词，包括摘要，不包括参考文献，图和表格，出版后8-10个版面。

（3）文章写作结构：

文题：不超过 90个字母，20个单词。

摘要：非结构式， 250单词。

引言：

主体内容：

总结：

作者贡献：

利益冲突：

参考文献：采用 Journal of Neuroscience格式。

特邀述评类文章：观点、点评、研究亮点、给编辑的信等。

特邀观点栏目文章要求：

（1）观点文章为作者对神经再生领域某一热点问题的评论，有作者鲜明的观点和作者本人

对此科研过程的认识和总结。

（2）需提前向编委会提交写作大纲，通过选题后，文章需在2个月内完成。

（3）全文2000- 3000单词，包括参考文献，不需要图和表格，不需要摘要，出版后2个版面。

（4）文章写作结构：

文题：不超过 90个字母，20个单词。

主体内容：

参考文献：不超过 5条，采用Journal of Neuroscience格式。

特邀点评与研究亮点栏目文章要求：

（1）点评文章为点评在本刊发表的文章，研究亮点文章为点评国际优秀杂志近期或在线提前发表的前沿性的优秀文章。

（2）需提前向编委会提交写作大纲，通过选题后，文章需在2个月内完成。

（3）全文2000- 3000单词，包括参考文献，不需要图和表格，不需要摘要，出版后2个版面。

（4）文章写作结构：

文题：不超过 90个字母，20个单词。

主体内容：

利益冲突：

参考文献：不超过 5条，采用Journal of Neuroscience格式。

给编辑的信栏目文章要求：

（1）给编辑的信文章为读者对本刊已发表文章的来信反馈。

（2）全文1000- 2000单词，不包括参考文献，文章不需要摘要、图和表格，出版后1个版面。

（3）文章写作结构：

文题：不超过 90个字母，20个单词。

主体内容：

利益冲突：

参考文献：不超过 5条，采用Journal of Neuroscience格式。

文章快阅

延伸阅读

NRR：德国科隆大学Hans Zempel团队提出靶向微管蛋白修饰酶能是治疗 Tau 病有前途的方法

微管在构建和维持细胞骨架方面发挥着重要作用，而细胞骨架反过来又对细胞的结构和形状做出了贡献。ɑ-和β-微管蛋白的二聚体聚合成原丝，原丝结合形成空心圆柱管，即微管。微管对细胞分裂和细胞内运输至关重要，是囊泡、细胞器和其他物质等细胞载体的轨道。这一点在神经元中尤为重要，因为轴突运输是通过运动蛋白与微管的相互作用来实现的。微管会经历一系列复杂的翻译后修饰（PTM），即微管蛋白密码，如乙酰化、多谷氨酰化和酪氨酸化，所有这些都会调节微管的动态和功能。

除了 PTMs，微管相关蛋白（MAPs），如 Tau，也能调节微管的功能和特性。Tau 又称微管相关蛋白 Tau，是一种微管结合蛋白，在人类中由 MAPT 基因编码，该基因通过交替剪接产生六种异构体，在人类中枢神经系统中表达。在阿尔茨海默病和其他一些tau病中，Tau聚集体以神经纤维缠结的形式出现。一部分 Tau 蛋白病是由 MAPT 基因突变引起的，其中 P301L 突变已在与第 17 号染色体相关的家族性额颞叶痴呆伴帕金森病（FTDP-17/MAPT-associated FTD）病例中被发现。TAU 的 P301L 突变是最常见的 MAPT 突变，而 FTDP-17 又是主要的退行性痴呆综合征之一。FTDP-17 患者表现出行为和性格改变、认知障碍和运动症状，目前的治疗方法仅为支持性和对症治疗。P301L 突变会降低 TAU 与微管的亲和力，并促进 TAU 的异常磷酸化。

神经元微管的 PTMs（即乙酰化、酪氨酸化和多谷氨酰化）可能会改变它们的动力学和稳定性，而这些潜在的变化尚未在 iPSC 来源的人类神经元（iNeurons）或转基因 pR5 小鼠中进行研究。为此，德国科隆大学Hans Zempel团队在发表于《中国神经再生研究（英文）》（Neural Regeneration Research）2025年第8期的研究中，利用慢病毒转导技术在Tau KO背景的iNeurons中表达P301L-Tau或最长的WT异构体（2N4R-Tau），并考察了它们的轴突和树突分选能力以及转导iNeurons中微管的上述PTMs的变化。此外，还对转基因 pR5 小鼠和非转基因小鼠的脑切片进行了免疫荧光标记，并对海马裂解物进行了免疫印迹。实验目的在于利用与人类疾病相关的细胞模型和动物模型研究Tau 的致病突变（P301L）对微管稳定性和动态的微管翻译后修饰的水平和定位的影响，以评估 P301L-Tau 是否会导致微管的稳定性改变

实验发现，P301L-Tau 会导致微管蛋白 PTMs 发生变化，其中最突出的是乙酰化和多谷氨酰化，这表明微管稳定性和动态性受到了损害。在小鼠体内，P301L-Tau 会错位进入神经元体突区室，但在 iNeurons 中，P301L-Tau 也会显著出现在树突区室，这种错位与 2N4R-Tau 相似。P301L-Tau 会在小鼠 8 个月大时聚集，但未在 iNeurons 中发现聚集的证据。总之，微管蛋白PTMs和微管稳定性可能在tau病中起重要作用，微管蛋白PTMs的微妙变化可能是疾病的早期事件。因此，靶向微管蛋白修饰酶可能是治疗Tau病的一种选择。治疗效果可以通过确定导致这些病理变化的特定谷氨酰胺酶和脱酪氨酸酶以及开发其特定抑制剂来实现，从而防止微管丢失，恢复神经元极性和基于微管的轴突运输。