基于BioID2的Tau相互作用组揭示了与多种细胞通路相关的新颖和已知蛋白相互作用

BioID2-Based Tau Interactome Reveals Novel and Known Protein Interactions Associated with Multiple Cellular Pathways.

作者信息Ahmed Atwa, Mohammed M Alhadidy, Jared Lamp, Benjamin Combs, Nicholas M Kanaan
PMID40910579
发布时间2025-10-03
DOI10.1021/acs.jproteome.5c00473

实验完整度

包含细胞实验(原代神经元、HEK293T)、动物组织(MAPT KI小鼠)、质谱、邻位连接、免疫共沉淀等独立验证。

主要模型

tau基因敲除(TKO)小鼠原代皮层神经元 人MAPT敲入(MAPT KI)小鼠 HEK293T细胞

重点核对

BioID2融合蛋白的表达和生物素标记效率 质谱鉴定蛋白的筛选标准(至少两个重复,LFQ≥3倍变化) 验证方法:邻位连接实验和免疫共沉淀 对照设置(BioID2-HA和Myc-BioID2) 统计设计(3个生物学重复)

摘要

由tau组成的病理性包涵体是称为tau蛋白病的神经退行性疾病的标志,其中最常见的是阿尔茨海默病。越来越多的证据表明,tau参与多种生理功能,这些功能部分由直接和/或短暂的蛋白相互作用调控。解析tau相互作用组对于理解tau的生理和病理作用至关重要。本研究旨在使用原位蛋白标记生物素鉴定(BioID2)方法识别潜在的tau相互作用蛋白。该方法的优势包括在细胞内标记相互作用蛋白,并提高检测瞬时和/或弱相互作用的可能性。我们鉴定了324个潜在的tau相互作用蛋白,它们跨越多个细胞区室和通路。我们使用两种独立的方法验证了tau与选定候选蛋白的相互作用:邻位连接实验和免疫共沉淀(co-IP),包括细胞骨架蛋白(MAP2和MAP6)、核相关蛋白(FUS和prune1)和突触蛋白(突触素-1和neurabin-2)。重要的是,这种方法揭示了通过其他相互作用方法(如co-IP)未能明确鉴定的潜在新型相互作用蛋白。因此,这种方法是通过原位标记鉴定tau相互作用组潜在成员的有力工具。这项工作有助于扩展我们对tau生理作用的理解,也可能促进我们对其在神经退行性疾病中作用的理解。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
tau蛋白在神经元中的相互作用网络及其参与的细胞通路是什么?
核心机制
tau通过直接或短暂的蛋白相互作用参与细胞骨架、核和突触等多种细胞功能,具体机制涉及多个通路。
主要证据
使用BioID2标记结合质谱鉴定324个潜在相互作用蛋白,并通过邻位连接(PLA)和免疫共沉淀(co-IP)验证了包括MAP2、MAP6、FUS、prune1、synapsin-1和neurabin-2在内的六个蛋白。
研究意义
扩展对tau生理作用的理解,并可能有助于阐明其在神经退行性疾病中的角色。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

构建BioID2-tau融合蛋白和表达载体

创建用于近端标记的融合蛋白,以在神经元中原位标记tau邻近蛋白。

将BioID2分别融合到人tau 2N4R异构体的N端或C端,构建BioID2-Tau和Tau-BioID2构建体,并生成对照构建体(Myc-BioID2和BioID2-HA)。

2

在HEK293T细胞中生产慢病毒

产生表达BioID2融合蛋白的慢病毒,用于后续神经元转导。

将构建体、包装载体和包膜载体共转染HEK293T细胞,收集病毒上清并浓缩。

3

培养原代皮层神经元并转导

在tau敲除神经元中表达BioID2融合蛋白,进行原位标记。

取E18胎鼠皮层,分离原代神经元,在DIV4用慢病毒转导,并添加外源生物素以标记邻近蛋白。

4

收集蛋白裂解物并进行生物素-链霉亲和素拉下

富集被生物素化的蛋白,用于质谱鉴定。

裂解神经元,使用链霉亲和素磁珠捕获生物素化蛋白,洗脱后用于质谱分析。

5

质谱鉴定相互作用蛋白

鉴定与tau相互作用的蛋白。

将洗脱的蛋白进行酶解,使用nanoLC-MS/MS分析,并通过数据库搜索鉴定蛋白。

6

生物信息学分析(GO、STRING)

分析鉴定的蛋白所涉及的细胞组分、分子功能和通路。

利用STRING、GO富集和KEGG通路分析对蛋白列表进行功能注释。

7

验证候选相互作用蛋白(PLA和co-IP)

确认候选蛋白与tau的实际相互作用。

使用PLA和co-IP两种方法验证MAP2、MAP6、FUS、prune1、synapsin-1和neurabin-2与tau的相互作用。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

验证蛋白表达和标记
鉴定相互作用蛋白
验证蛋白相互作用

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基Gibco11995073
胎牛血清----
青霉素-链霉素Sigma-AldrichP0781
多聚赖氨酸Corning354413
聚乙烯亚胺----
神经基础培养基Gibco21103049
B-27添加剂Gibco12587001
L-谷氨酰胺Gibco25030081
Countess 3 自动细胞计数器InvitrogenAMQAX2000
蛋白酶抑制剂Sigma-AldrichP5318
磷酸酶抑制剂Sigma-Aldrich71515
硝酸纤维素膜Bio-Rad1620213
预制SDS-PAGE凝胶Bio-Rad4561095
抗HA抗体Cell Signaling Technology3724
抗Myc抗体Cell Signaling Technology2276
IRDye 680LT山羊抗小鼠LI-COR Biosciences926-68020
IRDye 800CW山羊抗兔LI-COR Biosciences926-32211
DAPIThermoScientificD1306
链霉亲和素Alexa Fluor 568偶联物Thermo Fisher ScientificS-11226
Alexa Fluor 647山羊抗小鼠IgG1Thermo Fisher ScientificA-21240
Alexa Fluor 488山羊抗兔IgGThermo Fisher ScientificA-11008
Alexa Fluor 488山羊抗小鼠IgG2aThermo Fisher ScientificA-21131
抗Tau13抗体Kanaan lab--
抗R1抗体Kanaan lab--
抗5H1抗体----
山羊抗小鼠IgM二抗Thermo Fisher ScientificA-21043
链霉亲和素磁珠Dynabeads T1Invitrogen65602
rLys-CPromegaV1671
胰蛋白酶PromegaV5280
Q Exactive HF-X质谱仪----
EASY-Spray色谱柱----
生物素化Tau13抗体----
IgG同型对照Rockland010-0602
抗MAP2抗体Cell Signaling Technology8707
抗MAP6抗体Cell Signaling Technology4265
抗突触素-1抗体Cell Signaling Technology5297
抗neurabin-2抗体BiossBS-12146R
抗prune1抗体Proteintech18537-1-AP
抗FUS抗体Cell Signaling Technology67840
Duolink原位PLA探针抗小鼠PLUSSigma-AldrichDUO92001
Duolink原位PLA探针抗兔MINUSSigma-AldrichDUO92005
Duolink原位PLA探针抗兔PLUSSigma-AldrichDUO92002
Duolink原位PLA探针抗小鼠MINUSSigma-AldrichDUO92004
Duolink原位检测试剂绿色SigmaDUO92014
Nikon A1+激光共聚焦显微镜Nikon--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
神经元培养与转导
小鼠品系、胚胎天数、细胞密度、转导时MOI、生物素浓度和处理时间
阅读提示:见"Primary Cortical Neuron Cell Culture"和"Primary Neuron Lentiviral Transduction"部分
质谱样品制备
裂解缓冲液成分、蛋白酶抑制剂、链霉亲和素磁珠用量、洗脱条件
阅读提示:见"SDS-PAGE and Western Blotting"和"Biotin–Streptavidin Affinity Pulldown"部分
质谱分析
色谱条件、质谱参数、数据库、FDR阈值
阅读提示:见"Nanoscale Liquid Chromatography Coupled to Tandem Mass Spectrometry"和"Mass Spectrometry Protein Identification"部分
蛋白验证
抗体来源和稀释比例、IP条件、PLA条件
阅读提示:见"Co-Immunoprecipitation of Candidate Tau Interacting Partners"和"Proximity Ligation Assay"部分
统计分析
生物学重复数、统计检验方法、显著性阈值
阅读提示:见"Statistical Methods"和"Experimental Design and Statistical Rationale"部分