液⁃液相分离与神经系统退行性疾病

摘要

细胞区室化(compartmentation)有助于分隔不同的生化反应,使其相互不产生干扰。有膜细胞器是通过生物膜把细胞内不同的空间分隔,进而实现细胞区室化。研究发现,细胞区室化也会通过细胞中无膜细胞器实现,但核仁等无膜区室的形成机制一直未得到明确。“液-液相分离”(liquid-liquid phase separation,LLPS)机制的发现,为解开无膜区室的谜题提供了全新的思路。现在认为,多种蛋白质和RNA也是通过LLPS机制形成局部的高浓度冷凝物,发挥更强或独特的基因表达调控、细胞信号转导等功能。LLPS的形成主要依赖于蛋白质和/或核酸之间的多价态非共价键相互作用,主要包括由低复杂序列区域介导的相分离及由多个重复结构域间特异性作用介导的相分离。组分浓度、pH和翻译后修饰等条件均能改变分子多价相互作用的强度,从而调节相分离和相变过程。蛋白质相分离的失调与肌萎缩性侧索硬化症、阿尔茨海默病、亨廷顿舞蹈症和帕金森病等多种神经退行性疾病的发生有关。在这些退行性疾病中,已发现TDP-43、FUS、Ataxin-2、Tau蛋白等致病基因的突变,以及修饰会导致LLPS异常而形成病理特征性的聚集体。但这些聚集体是否是神经退行性致病的直接致病因素尚未明确。