The role of tau-interacting protein in regulation of tau protein aggregations

Abstract

The accumulation and aggregation of tau are hallmark pathology of Alzheimer’s disease (AD). In physiological condition tau binds to microtubules and supports their functions. Tau is released from microtubules after pathologic transformation, which renders it to interact easily with other proteins. Sequestosome-1 (SQSTM1, also known as p62) involves in tau clearance through trafficking tau into degradation machinery, which contribute to diminishing tau toxicity. The interaction between tau and p62 has been thought indirect through polyubiquitin chains which were attached to tau, however we recently identified that polyubiquitinations are not essential for interaction between two proteins. We were curious whether the binding of p62 with tau give an impact on pathogenic process of tau itself like aggregation and seeding. To elucidate it we set-up ex vitro and in vitro model using recombinant proteins and genetically modified cell lines. In response to exogenous applications of tau fibrils tau phosphorylation and aggregations were induced in tau overexpressed p62 knock-out HEK293T cell lines, but not in wildtype and p62 overexpression cells. On ex vitro assay using Thioflavin T the recombinant protein of p62 was effective in inhibiting heparin-induced K18 tau aggregations. The aggregation inhibiting effect was similar to that of methylene blue when compared at the same concentration of 0.6 μM. However, the comparable effect became different at higher concentration, 2.5 μM to show lower efficacy in p62. Next, we explored the domain-specific effect of p62 on tau aggregation. We produced another recombinant protein, p62ΔTB in which TB domain was deleted. Ex vitro aggregation test demonstrated that decreased efficiency of p62 in inhibiting K18 tau aggregations in the absence of TB domain. In conclusion, our study demonstrates that p62 prevents the pathologic conversion of tau proteins to insoluble aggregates by tau fibril seeder and heparin-induced tau aggregations. It suggests that to modulate p62 could be a possible therapeutic strategy in neurodegenerative disorders with predominant tau pathology.

미세소관 관련 단백질인 타우의 비정상적인 응집은 알츠하이머 병과 같은 신경 퇴행성 질환의 주요 신경 병리학적 특징인 신경섬유응집체 (neurofibrillary tangle)의 생성으로 이어진다. 스캐폴드 단백질인 p62 (SQSTM1)는 자가포식을 조절하는 핵심 단백질이며 응집된 타우가 자가포식에 의해 제거될 수 있다는 것은 잘 알려져 있다. 타우와 p62 사이의 상호 작용은 타우에 부착된 폴리 유비퀴틴 사슬을 통해 간접적으로 생각되었지만, 최근 우리는 폴리 유비퀴틴화가 두 단백질 간의 상호 작용에 필수적이지 않다는 것을 확인했다. 따라서 우리는 p62와 타우의 결합이 타우 자체의 응집 및 시딩과 같은 병리적 과정에 영향을 미치는지에 대한 실험을 진행했다. 이를 설명하기 위해 재조합 단백질과 유전자 변형된 세포주를 사용하여 시험관 외 및 시험관 내 모델을 설정했다. 세포에 타우를 과발현 시킨 후 재조합 타우 섬유 시더를 처리했을 때, 세포 내의 타우 인산화와 응집은 p62 knockout HEK 293T 세포주에서 유도되었지만 WT 및 p62 과발현 세포에서는 유도되지 않았다. Thioflavin T를 사용한 exvitro 분석에서 재조합 p62 단백질은 헤파린에 의해 유도되는 K18 타우 응집을 억제하는 데 효과적이었다. 응집 억제 효과는 동일한 농도 인 0.6M에 서 비교했을 때 메틸렌 블루와 유사했다. 그러나 비슷한 효과는 더 높은 농도인 2.5 μM에서는 p62에서 더 낮은 효능을 보였다. 다음으로, 우리는 타우 응집에 대한 p62의 특정 도메인의 효과를 조사하기 위해 TB 도메인이 삭제된 또 다른 재조합 단백질인 p62ΔTB를 정제했다. Exvitro 응집 시험에서 TB도메인이 삭제되었을 때 K18 타우 응집 억제효과가 감소되었다. 결론적으로, 우리의 연구는 p62가 타우 섬유 시더 및 헤파린 유도 타우 응집에 의해 타우 단백질의 불용성 응집체로의 병리학 적 전환을 억제한다는 것을 보여준다. 또한 p62를 조절하는 것이 우세한 타우 병리를 가진 신경 퇴행성 장애에서 가능한 치료 전략이 될 수 있음을 시사한다.