打破认知：蛋白质液滴可能不会导致帕金森病

研究表明，液-液相分离不是淀粉样蛋白原纤维形成的前兆，淀粉样蛋白原纤维是帕金森病的病理标志。相反，蛋白质形成液滴可能有助于溶解聚集的蛋白质。这项发表在《高级科学》杂志上的研究加深了我们对与蛋白质聚集有关的神经退行性疾病的理解，并可能有助于开发新的治疗方法。

在油中加入醋并摇晃:油滴形成。液-液相分离的概念已经在日常生活中为人所知，但它在细胞中的存在已经发展成为生物学中最热门的话题之一。

15年前，人们发现蛋白质分子可以在没有外膜的情况下从细胞质中分离出来，凝结成液滴。在蛔虫胚胎中，发现蛋白质和RNA形成微小的液滴，有助于在早期生长阶段管理遗传物质。

这一发现催生了一种思考细胞的新方式。经过进化的优化，液-液相分离可以具有很高的功能。这种液滴可以让细胞划分分子并调节生化反应。现在，随着人们对这种可能性的关注，研究人员发现它们无处不在:在细胞核中帮助组织DNA，形成压力颗粒来保护和调节mRNA，在微管的末端，作为一种智能分子胶来定位细胞核以进行细胞分裂。

飞沫不仅具有重要的功能，还与疾病有关。对于以蛋白质聚集形成为特征的神经退行性疾病，如阿尔茨海默病和帕金森病，人们一直认为蛋白质液滴是病理性蛋白质聚集的前兆。

这一理论背后的想法是，液滴可以浓缩某些蛋白质，这可以推动它们聚集在一起。支持这一观点的是大量的观察结果，即某些条件，如盐浓度或pH值，同时促进蛋白质的聚集和凝结。然而，两者之间是否有联系——或者究竟如何联系——仍未得到证实。

现在，在对聚集和液液相分离之间关系的最全面的探索中，保罗·谢勒研究所PSI领导的一个研究小组发现，液滴的形成不会导致聚集;相反，它可能会保护它。

500个条件

研究人员研究了α -突触核蛋白，这种蛋白聚集在一起形成淀粉样蛋白原纤维，最终导致帕金森病患者的细胞死亡。

为了确定聚集和液滴形成之间的真正联系，研究人员系统地研究了在多种条件下的行为:蛋白质浓度、盐浓度和不同浓度的拥挤剂的存在，这些拥挤剂模拟了细胞质的复杂分子环境。每一种都在不同的pH值下进行研究。

研究人员总共研究了500多种不同的情况。在每种情况下，他们对液滴形成或聚集的过程进行了长达四个月的跟踪，使用光学显微镜拍摄了常规图像。

为了研究如此多的条件，研究人员使用了瑞士光源SLS的机器人结晶设备。该技术通常用于制备用于x射线晶体学实验的蛋白质晶体。

“在大型设施中，与光束线科学家一起工作，使我们能够从不同的角度解决这个问题，”PSI博士后研究员丽贝卡·斯特恩克-霍夫曼解释说，她是这项研究的第一作者。“有趣的是，晶体学家早就知道蛋白质可以形成液滴。这只是他们在寻找完美晶体的过程中观察到的另一件事，”领导这项研究的PSI科学家罗京辉补充道。

为了补充这个宏观的故事，研究人员在瑞士光源SLS上使用了小角度x射线散射(SAXS)测量，并进行了模拟来理解微观图像。

油醋和牛奶醋是不同的工艺

细致的实验表明，产生稳定液滴或蛋白质聚集的条件是不一样的。与传统的液滴形成聚集体的理论相反，研究人员发现αSyn在不同的蛋白质、盐和拥挤条件下可以独立形成液滴和聚集体。

通过他们长时间的研究，研究人员可以看到液滴是否真的进化成聚集体。答案是:他们没有，即使是在120天之后。事实上，液滴非但没有促进聚集成原纤维，反而明显具有相反的作用。在长时间的孵育过程中，以前认为不可逆的原纤维变成了液滴。

罗说:“这一观察表明，液滴在特定条件下可以防止固体聚集体的形成。”目前对细胞中液-液相分离的理解认为它是一种与功能相关的高度进化的特征，而聚集，特别是αSyn，与疾病有关。“从这个角度来看，如果蛋白质液滴是蛋白质聚集的前体，那就有点令人惊讶了，”他建议道。

通过SAXS测量以及模拟和序列分析，研究人员可以理解他们观察到的差异:聚集主要是由于单个蛋白质分子尾部之间的相互作用而发生的，而液-液相分离是由于不同蛋白质分子之间的相互作用而发生的。

将这一发现与油和水的类比联系起来:在油中加入醋，油就会形成水滴。在牛奶中加入醋，就会形成坚硬的蛋白质聚集体。尽管在这两种情况下，醋都是罪魁祸首，但控制聚集和液滴形成的过程却截然不同。

神经退行性疾病的新分子认识

对蛋白质聚集和液-液相分离之间复杂相互作用的更深入理解不仅与帕金森病有关，而且与其他以蛋白质聚集为特征的神经退行性疾病有关，包括阿尔茨海默病、亨廷顿舞蹈症和克雅氏病。反过来，这可能会导致新的治疗方法。