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阿尔茨海默病是老年人当中最常见的一种神经退行性疾病,其主要病理特征之一是由细胞内Tau蛋白错误折叠形成的神经纤维缠结。天然态Tau蛋白由于其亲水性且无特定的二级结构而并不容易自发聚集。因此,弄清楚调节Tau异常积聚的因素在相关疾病发病机理研究及药物开发中显得至关重要。锌作为人体必需的微量元素之一,在细胞中正常浓度通常很低,且受到严格的调控,而锌离子在AD病人脑部淀粉样沉淀中大量富集,大量研究工作表明锌离子稳态失衡与神经退行性疾病的病发过程及相关蛋白的异常积聚紧密关联。本室之前的研究结果发现,锌离子通过与Tau蛋白的两个半胱氨酸Cys-291和Cys-322及两个组氨酸残基His-330和His-362组成经典的四配位结构,从而促进Tau蛋白片段Tau244-372的体外聚集。在此基础上,本论文以人全长Tau蛋白的一个病理突变体Tau-△K280 (K280位缺失突变)为研究材料,利用可诱导的细胞模型结合多种生物物理及细胞生物学手段,研究了锌离子对Tau聚集、异常翻译后修饰及毒性的影响,意在探索锌离子在Tau蛋白聚集及Tau蛋白疾病发病中的作用及潜在机制。实验结果表明,病理浓度锌离子促进Tau-△K280体外及细胞水平的聚集并进一步促进Tau蛋白的细胞毒性；半胱氨酸突变后,锌离子丧失对其聚集及毒性促进作用；锌离子的结合诱导Tau-△K280获得一定有序的二级结构,半胱氨酸突变使该变化消失；有意思的是,半胱氨酸双突与锌离子依然有相互作用,但其结合力显著下降,且作用模式改变。这些结果表明,锌离子与Tau蛋白半胱氨酸正确的结合方式在Tau蛋白的聚集及毒性中发挥至关重要的作用。Tau蛋白的异常磷酸化与Tau蛋白毒性直接相关,也是Tau蛋白疾病另一个重要的病理特征,结果表明,过表达的外源Tau蛋白片段形成的聚集体能进一步诱导SH-SY5Y细胞内源Tau的聚集以及磷酸化；锌离子显著促进Tau蛋白396位丝氨酸的磷酸化,但其促进效果在各半胱氨酸突变体中无区别,表明锌离子对Tau蛋白磷酸化直接的促进作用与其对Tau蛋白聚集的促进效果可能无太大关联。基于以上发现,我们猜测,锌离子可能与全长Tau蛋白的Cys-291/322及其它两个氨基酸(His-330/362)形成四配位结构,使Tau蛋白获得某种倾向于聚集的构象,促进Tau蛋白的聚集及细胞毒性；该聚集能进一步诱导内源Tau蛋白聚集及异常磷酸化,从而使得Tau蛋白毒性放大；半胱氨酸突变后,锌离子与Tau蛋白相互作用模式改变,四配位结构被打乱从而丧失了这种促进作用。这些发现为研究锌离子对Tau蛋白聚集和毒性的调控机制及其在神经退行性疾病中的作用提供了有用的线索。