磷酸化和甲基化调控U1-70K聚集和相分离的分子机制研究

Alzheimer’s disease (AD) is a common neurodegenerative disease and recently a protein termed U1-70K was reported to play an important role in its pathology. Herein we will focus on the aggregation and phase separation processes of U1-70K and their mechanism of action. A series of protein fragments in the low-complexity domain in U1-70K will be expressed and their aggregation and phase separation will be investigated by multiple techniques, in order to explore the kinetic mechanism during the processes. In addition, by using peptide synthesis and serine ligation, several phosphorylated and methylated fragments will be obtained for the study about the regulation of aggregation and phase separation by those post translational modifications. The work will help to illustrate the relationship between U1-70K and AD and assist the further development of drugs targeting on this protein.

阿尔兹海默症（Alzheimer’s disease， AD）是常见的神经退行性疾病，U1-70K的聚集在AD的发生与发展中起到重要作用。本项目针对U1-70K的聚集和相分离的调控机制进行研究，采用分子克隆进行蛋白表达的方法，制备一系列U1-70K的低复杂度区域（low-complexity，LC）相关蛋白片段，并利用多种生物学表征手段探究其聚集及相分离的过程和分子机制，建立其相应的动力学模型；在此基础上，结合丝氨酸化学连接技术合成磷酸化或甲基化修饰的蛋白片段，并进一步探究磷酸化与甲基化如何调控相分离与聚集状态的分子机制，进而阐释这些翻译后修饰的调控作用与阿尔兹海默症之间关系，为开发相应的抑制剂提供潜在的蛋白新靶点，具有重要的科学意义和应用价值。

阿尔兹海默症是常见的神经退行性疾病，传统的观点认为其致病机理与名为Abeta和Tau的蛋白聚集有关。而近来一种名为U1-70K的蛋白质在病人脑组织中被发现，成为研究该疾病研究的潜在新靶点。相分离是一种溶液中溶质自发形成高浓度和低浓度相的现象，被认为是细胞内多种无膜细胞器的形成过程，并与蛋白聚集密切相关，已成为相关疾病研究的热点。本项目通过对U1-70K及其低复杂度片段的相分离现象与调控因素的研究，制备了一系列U1-70K 的LC domain 相关蛋白片段，并利用多种生物学表征手段探究其聚集及相分离的过程和分子机制，建立其相应的动力学模型。本项目揭示了正负电荷交替的氨基酸序列驱动相分离的机理，以及不同序列对于功能性相分离与病理性聚集选择的倾向性。本项目进一步探究磷酸化与甲基化如何调控相分离与聚集状态的平衡，进而阐释这些翻译后修饰的调控作用与阿尔兹海默症之间关系，为开发相应的抑制剂提供潜在的蛋白新靶点。