합리적으로 설계된 바이오센서 세포를 사용하여 알츠하이머병에서 타우 파종 활동의 특정 검출

분자 신경변성 18권, 기사 번호: 53(2023) 이 기사 인용

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신경퇴행성 질환에서 타우의 프리온 유사 전파는 잘못 접힌 병리학적 타우가 정상 단백질을 모집하고 그 집합체를 형성할 수 있음을 의미합니다. 여기에서는 타우 파종 활동을 검출하기 위한 민감한 바이오센서 세포주의 개발 방법을 보고합니다.

우리는 알츠하이머병의 병리학적 타우 응집체에 대한 현재의 구조적 지식을 기반으로 새로운 타우 프로브의 합리적인 설계를 수행했습니다. 우리는 Förster 공명 에너지 전달(FRET) 기반 바이오센서 안정 세포주를 생성하고 민감도, 특이성 및 인간 샘플에서 생리활성 타우를 검출하는 전반적인 능력을 특성화했습니다. 참조 바이오센서 라인과 비교하여, 최적화된 프로브 설계로 타우 파종 검출 효율이 향상되었습니다. 증가된 민감도는 알츠하이머병에서 발견되는 타우 종자에 대한 특이성을 유지하면서 인간 뇌 샘플에서 더 낮은 양의 타우 종자 역량을 검출할 수 있게 했습니다.

이 차세대 FRET 기반 바이오센서 세포는 알츠하이머병 인간 시료, 특히 초기 타우 관련 병리학적 현상을 연구하는 데 도움이 될 수 있는 시딩 활동 수준이 낮은 시료에서 타우 시딩 활동을 연구하는 새로운 도구입니다.

미세소관 관련 단백질 타우(MAPT)가 불용성 응집체로 뇌에 축적되는 것은 알츠하이머병(AD) 및 타우병증으로 불리는 기타 신경퇴행성 장애의 주요 신경병리학적 특징입니다. 타우는 미세소관의 안정화에 역할을 하는 뉴런의 축삭 구획에 일반적으로 존재하는 본질적으로 무질서한 단백질입니다. AD에서, 과인산화된 형태의 타우가 세포질에 축적되어 베타 주름형 시트 필라멘트 구조인 쌍나선 필라멘트(PHF)로 응집됩니다[1, 2]. 내후각 피질에서 해마, 나중에 변연계까지 AD 타우 병리의 전형적인 Braak 병기 설정은 뉴런의 손실 및 임상 증상의 과정과 관련이 있습니다[4,5,6,7,8]. 상호 연결된 해부학적 영역에 걸쳐 타우 집합체의 확산은 강력한 증거에 의해 뒷받침됩니다. 예를 들어, 내후각 피질의 II층에서 P301L 돌연변이 타우를 과발현하는 형질전환 동물은 치상회에서 인간 타우 응집체를 발생시켜 이 과정에서 내인성 마우스 타우를 템플릿화합니다[9]. "프리온 유사" 메커니즘에서 정상적인 타우를 모집하는 잘못 접힌 타우 집합체의 능력을 시딩(seeding)이라고 하며 수많은 실험 모델에서 복제되었습니다[10,11,12,13]. 인간 병리학의 전파에서 시딩의 역할은 명백한 신경원섬유엉킴 병리를 포함하는 뇌 영역뿐만 아니라 명백한 병리학적 변화가 없는 후속 영역에서도 시딩 능력이 있는 타우(생리활성 타우라고도 함)를 검출함으로써 뒷받침됩니다. Braak 경로를 따라 더 나아가 [14]. 사후 뇌의 타우 파종 성향은 임상 진행 속도와 상관관계가 있으며, 이는 AD에서 이 현상의 근본적인 역할을 확인시켜 줍니다[15, 16].

AD 병리학에서 파종 메커니즘에 대한 연구는 Förster 공명 에너지 전달(FRET)을 기반으로 한 타우 바이오센서 세포주의 개발로 인해 크게 가속화되었습니다[12]. 이 안정적인 인간 배아 신장(HEK 293 T) 세포주는 청록색 형광 단백질(CFP) 또는 노란색 형광 단백질에 융합된 4R 타우 반복 도메인(RD, 아미노산 244-372)의 P301S 전응집 돌연변이인 프로브를 발현합니다. (YFP). AD 뇌 유래 파종 능력이 있는 타우 물질 또는 미리 형성된 타우 원섬유를 첨가하면 이 형광 프로브와 후속 FRET 신호의 응집이 유도됩니다. FRET 신호는 타우 종자와 함께 배양한 후 24시간 후에 유세포 분석으로 정량화할 수 있습니다. 종자 검출의 민감도를 높이기 위해 리포솜을 파종 가능 물질과 혼합하여 종자를 세포에 전달합니다[17]. 리포솜이 없는 경우 바이오센서 세포를 사용하여 종자 흡수 메커니즘을 연구할 수 있습니다[18, 19]. 타우 바이오센서 세포는 다양한 정제 방법을 사용하는 뇌 추출물, 사후 뇌척수액(CSF), 사망 전 요추 CSF 또는 뇌 유래 세포밖 소포체를 포함한 다양한 AD 샘플에서 미량의 생리활성 타우를 특이적으로 증폭하고 정량화하는 데 사용되었습니다[20,21,22 ,23,24].