蛋白激酶5與微管相關(guān)蛋白tau磷酸化的關(guān)系

蛋白激酶5與微管相關(guān)蛋白tau磷酸化的關(guān)系蛋白激酶5與微管相關(guān)蛋白tau磷酸化的關(guān)系

：胡慧,王平,孔明望,丁鳳敏

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蛋白激酶5與微管相關(guān)蛋白tau磷酸化的關(guān)系

helicalfilament,PHF)存在，與臨床癡呆癥狀呈正相關(guān)［1］。影響tau蛋白過度磷酸化的因素包括蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶系統(tǒng)。諸多討論表明，細(xì)胞周期蛋白依靠的蛋白激酶5(cyclindependentkinase5，cdk5)失調(diào)在參加神經(jīng)退行性疾病發(fā)病過程中發(fā)揮著重要作用［2］。

1cdk5的結(jié)構(gòu)特征及其分布部位

Cdk5是細(xì)胞周期素依靠性蛋白激酶(CDK)家族一特別成員，與cdk2相比較，氨基酸序列相像性可達(dá)70%，相同性高達(dá)60%，同時(shí)cdk5也包含了全部的保守的蛋白激酶區(qū)域，并在第Ⅲ區(qū)域中含有cdk家族成員共有的PSTAIRE結(jié)構(gòu)域［3］。但它既非細(xì)胞周期素依靠，也不調(diào)整細(xì)胞周期。相反，它在有絲分裂后神經(jīng)元簡單遷移過程中起關(guān)鍵作用。cdk5是SerThr蛋白激酶，可在KSPXK基序磷酸化tau蛋

白［4］。cdk5復(fù)合物由催化亞單位cdk5和調(diào)整亞單位p35,p39或p25組成，且它的活性必需依靠于與激活劑(p35，是一種分子量為35kD的膜相關(guān)蛋白)或神經(jīng)元cdk5激活劑異構(gòu)體（p39）的相互作用。最近有報(bào)道指出，cdk5的Ser159位點(diǎn)被酪蛋白激酶I(CKI)磷酸化后，激酶活性可明顯增加，提示cdk5的完全激活，除需與p35結(jié)合外，可能還需要激酶的作用［3］。

cdk5是腦發(fā)育、神經(jīng)定位、突觸發(fā)生與傳遞的重要調(diào)整因子，在全部的組織均表達(dá),但p35或p39僅在腦中表達(dá),所以cdk5是主要在(或僅在)神經(jīng)系統(tǒng)起作用的蛋白激酶。一系列有關(guān)cdk5在大鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)(centralneversystem，CNS)中表達(dá)的試驗(yàn)證明:cdk5在哺乳動物組織中廣泛表達(dá)，但以在腦中表達(dá)程度最高。胚胎期早期，幾乎檢測不到cdk5的存在，胚胎期后期，cdk5的表達(dá)開頭增加，成熟腦內(nèi)cdk5mRNA的表達(dá)在海馬及其相關(guān)結(jié)構(gòu)中最高［3］。

2tau蛋白的結(jié)構(gòu)特征與功能

tau蛋白是存在于神經(jīng)元中主要的微管相關(guān)蛋白。正常tau蛋白約每分子含兩個(gè)磷酸分子，這些磷酸可分布于tau蛋白的不同位點(diǎn)。在成人腦中，tau蛋白共有6種異構(gòu)體，其氨基酸數(shù)目從352至441個(gè)不等，分子量在55～65kD.tau蛋白一級結(jié)構(gòu)最突出的特點(diǎn)是在蛋白質(zhì)羧基端這一半具有3～4個(gè)含31或32個(gè)氨基酸殘基的重復(fù)區(qū)，這些重復(fù)區(qū)參加構(gòu)成tau蛋白的微管結(jié)合區(qū)，通過質(zhì)量光譜測定法等方法，tau蛋白不具備任何有規(guī)章的二級結(jié)構(gòu)(如α螺旋或β片層結(jié)構(gòu))［5］。tau蛋白的這種結(jié)構(gòu)特征對于解釋tau蛋白病理性聚集具有重要意義。目前已被鑒定的tau蛋白磷酸化位點(diǎn)已有20多個(gè)。全部被磷酸化的位點(diǎn)都是絲氨酸殘基(ser)和蘇氨酸殘基(Thr)，約有一半是以Ser或Thr后續(xù)脯氨酸（Pro）的連接形式存在，這些磷酸化位點(diǎn)主要分布于tau蛋白重復(fù)區(qū)四周的兩個(gè)側(cè)區(qū)內(nèi)，而在重復(fù)區(qū)內(nèi)的磷酸化位點(diǎn)只有Ser262和Ser356［6］。

tau蛋白生物學(xué)功能是誘導(dǎo)與促進(jìn)微管蛋白聚合成微管。與新聚合的微管束縛在一起，防止解聚，維持其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并通過與多種蛋白相互作用來行使其各種功能。tau蛋白的mRNA富含于少突膠質(zhì)細(xì)胞突起的轉(zhuǎn)折點(diǎn)、分支點(diǎn)和生長尖端；其參加激活膜上的fyn是少突膠質(zhì)細(xì)胞髓鞘形成中重要的一步。這些結(jié)果說明白tau在促進(jìn)少突膠質(zhì)細(xì)胞成熟中的作用。tau蛋白通過結(jié)合到1433蛋白上，間接調(diào)整細(xì)胞內(nèi)多種蛋白的分布和功能［7］。tau蛋白與各種磷酸酶和激酶的結(jié)合不僅可以調(diào)整自身磷酸化，也可以使這些磷酸轉(zhuǎn)移酶定位到細(xì)胞內(nèi)對應(yīng)底物，調(diào)整其他蛋白的磷酸化狀態(tài)。在體外培育細(xì)胞系中，tau蛋白還可提高神經(jīng)突觸的生長速率和范圍。

3cdk5對微管相關(guān)蛋白tau磷酸化的關(guān)系

在AD，神經(jīng)原纖維纏結(jié)(NFTs)和老年斑(SPs)形成是其最明顯特征,SPs主要由Aβ構(gòu)成，NFTs包含雙股螺旋纖維(PHF)和直絲(SF)。PHF是NFTs的主要組成纖維，由兩股亞單位以螺旋方式相互

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盤曲而成。tau蛋白是一種神經(jīng)系統(tǒng)特異性蛋白質(zhì)，是構(gòu)成PHF唯一必需的成分，特別磷酸化的tau蛋白積累是NFTs構(gòu)成過程中最早期細(xì)胞骨架轉(zhuǎn)變之一(Schweers.1995)。在正常人腦中，每分子tau蛋白修飾有2～3分子的磷酸基團(tuán)，Tau蛋白磷酸化和去磷酸化之間的平衡調(diào)整著細(xì)胞骨架穩(wěn)定性，影響軸突形態(tài)，但在病理狀況下如神經(jīng)退行性變時(shí)，每分子tau蛋白連接有9～10個(gè)磷酸基團(tuán)［8］。這種過度的磷酸化使得tau蛋白失去了其生物學(xué)功能，易于聚集成雙螺旋絲(pairedhelicalfilamentPHF)結(jié)構(gòu)，并變成毒性分子，可獵獲神經(jīng)元中正常的微管相關(guān)蛋白，使微管結(jié)構(gòu)崩解，神經(jīng)元退變。在AD病人腦中發(fā)覺最早轉(zhuǎn)變的是tau蛋白磷酸化。在AD等神經(jīng)退行性“tau疾病”中，神經(jīng)細(xì)胞的退行性變性可能是一種新的細(xì)胞死亡形式，即神經(jīng)退行性變性死亡（neurodegenrasis）。這種細(xì)胞慢性死亡很可能與細(xì)胞凋亡一樣，是在某些分子有序調(diào)控下進(jìn)行的；而tau蛋白過度磷酸化聚積可能是在細(xì)胞受到某些不良刺激后不同時(shí)段使神經(jīng)細(xì)胞逃逸凋亡和進(jìn)入退行性變性的共同機(jī)制［7］。2024年，Kerokoski等［9］報(bào)道神經(jīng)細(xì)胞凋亡過程中tau蛋白磷酸化水平降低；最近，Amadoro等［10］報(bào)道過度表達(dá)全長tau蛋白的小腦顆粒細(xì)胞可對抗凋亡。因此，tau蛋白的特別過度磷酸化被廣泛認(rèn)為是AD等神經(jīng)退行性疾病致病過程中的關(guān)鍵大事。

不同蛋白激酶和磷酸化酶系統(tǒng)對tau蛋白的超磷酸化作用能引發(fā)tau蛋白的結(jié)構(gòu)和構(gòu)型轉(zhuǎn)變，進(jìn)而影響它與微管蛋白結(jié)合和微管聚集力量。近來眾多討論發(fā)覺，有多種蛋白激酶可以在AD相關(guān)位點(diǎn)磷酸化tau，在這些激酶中，cdk5對tau的磷酸化起著特別重要的作用［7］。丁紹紅等［8］所做的試驗(yàn)證明，在體外tau蛋白在這些位點(diǎn)上能或多或少地被GSK3β和cdk5磷酸化。比較GSK3β和cdk5對tau的位點(diǎn)特異性磷酸化可以發(fā)覺，cdk5對tau蛋白微管結(jié)合域N端位點(diǎn)的磷酸化力量較GSK3β強(qiáng)。cdk5相關(guān)的蛋白激酶活性主

要在腦內(nèi)。cdk5具有非常廣泛的生理作用，可通過對tau蛋白磷酸化的調(diào)控來限定神經(jīng)元的極性，參加神經(jīng)元的遷移過程，在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育和再生中起作用，還能磷酸化NFM，NFH的KSPXK序列及tau蛋白，利于細(xì)胞骨架的形成［3］。cdk5是脯氨酸指導(dǎo)的蛋白激酶，它只催化在C端連有脯氨酸的絲氨酸或蘇氨酸殘基的磷酸化，在tau蛋白分子中，很多位點(diǎn)是脯氨酸指導(dǎo)的位點(diǎn)，因此能被cdk5有效的磷酸化，這些位點(diǎn)主要有Ser199、Ser202、Thr205、Ser235和Ser404(Busciglio.1995)。另外還有討論結(jié)果提示［11］，cdk5基因在大鼠腦組織中的過量表達(dá)會導(dǎo)致動物消失AD樣tau過度磷酸化和空間記憶障礙。這提示CDK5和tau蛋白特別磷酸化之間存在親密聯(lián)系，CDK5引發(fā)了AD大腦tau蛋白特別磷酸化。

4結(jié)語

綜上所述，cdk5功能特別可導(dǎo)致tau蛋白特別磷酸化從而使神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙并可能觸發(fā)神經(jīng)退行性疾病。討論cdk5與微管相關(guān)蛋白tau磷酸化的關(guān)系將關(guān)心我們了解AD的NFT病理轉(zhuǎn)變的機(jī)制，為AD的治療供應(yīng)了有益的線索，并為某些疾病做出早期診斷、鑒別診斷供應(yīng)依據(jù)。

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