“无序”中的秩序：tau蛋白天然结构首次被解析

搁浅

“无序”中的秩序：tau蛋白天然结构首次被解析（ DOI: 10.1016/j.str.2019.09.003）

在阿尔茨海默病等神经退行性疾病的病理特征中，tau蛋白的异常聚集形成神经纤维缠结是关键标志之一。然而，尽管其聚集态结构已被冷冻电镜解析，天然状态下tau蛋白在溶液中到底长什么样却始终成谜。2019年11月，来自北卡罗来纳大学、宾州州立大学及加拿大麦吉尔大学的研究团队在《Structure》上发表研究，首次以实验-计算联用策略，解析了全长tau蛋白在溶液中的构象集合，揭示这一“经典无序蛋白”实则拥有紧凑的球状拓扑与可识别的亚结构域，并预置了易于聚集的β-片“种子”。

---

1. 技术突破：CL-DMD让“无序”可见
传统结构生物学手段（X射线晶体学、常规NMR）对高度柔性的内在无序蛋白（IDP）束手无策。作者采用他们新近开发的**短程交联约束导向离散分子动力学（CL-DMD）流程：

• 在溶液中用多种交联剂（SDA、DSG、DSA）“冻结”tau的瞬时构象；
• LC-MS/MS鉴定出数百个<7 Å的残基对距离；
• 将这些实验距离作为能量惩罚项嵌入DMD模拟，迫使体系在纳秒-微秒尺度快速收敛；
• 最终获得满足最多约束的最低能量构象集合。
  

---

2. 主要发现：tau不是“完全展开”的链
① 整体拓扑

• 441个残基的2N4R tau呈紧凑球状，回转半径≈3.2 nm，远小于完全无规链；
• 可清晰划分出四个亚结构域，呈四面体排布；N-端与C-端并未如先前模型所述相互接触，而是被中间区域隔开。
  

② 二级结构

• 预测β-含量≈31%，与圆二色光谱实验（21%）高度一致；
• R1-R4重复区（尤其是R2、R3、R4肽段）已存在瞬态β-股，其中7条β-股中的6条与纤维态核心完全对应，提示天然状态已“预置”聚集种子。
  

③ 实验验证

• 155个表面可及性（SM）位点中，仅8个与模型不符；
• 52条长程交联（11 Å）全部落在预测结构容许距离内；
• 去除约束后的54 ns常规MD显示，拓扑骨架偏差<3 Å，证明CL-DMD未人为过度压缩。
  

---

3. 病理启示：从“ molten globule”到纤维

• tau的溶液态被描述为能量漏斗宽阔的“熔融球”：多种构象快速互变，但共享同一拓扑；
• 磷酸化或突变可削弱亚域间相互作用，使预置的β-股“发夹”被拉出，通过341-357区段的翻折完成分子内→分子间氢键转换，启动交叉β-片层延伸；
• 该机制与α-突触**白的“局部结构模板”聚集模型高度相似，为**“构象选择”而非“诱导折叠”**提供了新证据。
  

---

4. 方法与资源开放

• 所有交联质谱数据已上传PRIDE（PXD015044）；
• 代表性构象集合已提交PDB-Dev（PDBDEV_00000033）；
• CL-DMD软件可向作者团队申请获取，为其他IDP研究提供即插即用平台。
  

---

5. 结语：无序蛋白的“结构”时代
这项研究不仅首次给出了全长tau在原子层面的“照片”，更确立了实验-CL-DMD联用作为IDP结构解析的通用范式。当“无序”不再意味着“不可知”，我们就能在疾病爆发前，看清那颗即将引爆的构象种子，为早期诊断与精准药物设计铺平道路。