https://doi.org/10.1126/sciadv.adq5396
요약
- α-synuclein의 스플라이스 아이소폼은 상분리 경계와 응집 특성에서 차이를 보입니다: αSyn-140, -126, -112, -98 네 가지 아이소폼 각각은 상분리(LLPS)와 응집(aggregation)에 대해 서로 다른 경향을 보였으며, 단백질 길이가 길수록 상분리 경향이 강하고 응축체 크기가 더 컸습니다. 이는 각 아이소폼의 엑손 결실 위치에 따른 구조적 차이가 물리적 거동에 영향을 미친다는 것을 시사합니다.
- 짧은 αSyn 아이소폼일수록 상분리와 응집을 위해 더 높은 임계 농도가 필요합니다: 마이크로플루이딕 장치를 이용해 상분리 및 응집이 일어나는 임계 농도를 측정한 결과, αSyn-140은 507 μM에서 응축을 시작했으며, αSyn-98은 약 767 μM에서야 응축을 보였습니다. 응집의 경우에는 αSyn-98이 2100 μM 이상에서야 나타나는 등, 단백질 길이가 짧아질수록 훨씬 높은 농도를 요구하였습니다.
- 상분리 경향과 응집 경향은 일치하지 않으며 서로 독립적일 수 있습니다: 예를 들어, αSyn-112와 αSyn-98은 deposition pathway에서는 더 빠르게 응집하지만, condensation pathway에서는 오히려 느리고 고농도를 요구합니다. 이는 두 경로가 다른 물리적 기전을 바탕으로 작동함을 나타내며, LLPS 기반 응집과 고전적 응집 사이에 분명한 차이가 있음을 시사합니다.
- 스플라이스 아이소폼 간의 상호작용이 상분리 행동을 조절할 수 있습니다: αSyn-140과 αSyn-112의 혼합 실험에서는 αSyn-112가 적은 농도로 존재해도 αSyn-140의 상분리 임계 농도를 높였으며, 두 아이소폼은 구분되지 않고 동일한 응축체 내에서 공동으로 농축되었습니다. 이는 splice isoform 간 상호작용이 상분리 경계와 동역학에 중요한 영향을 줄 수 있음을 보여줍니다.
- 응축 내 응집은 전자현미경으로도 확인되며, 모두 섬유 모양의 베타시트 구조를 가집니다: ThT 염색과 전자현미경 분석을 통해 네 아이소폼 모두가 상분리 이후 아밀로이드 섬유를 형성하는 것이 확인되었으며, FTIR 분석 결과 모든 아이소폼이 cross-β sheet signature를 갖는 것으로 나타났습니다. 특히 αSyn-112 및 -98은 β sheet 함량이 더 높아짐을 암시하는 peak shift를 보였습니다.
Abstract
The aggregation of α-synuclein (αSyn) is associated with Parkinson’s disease and other related synucleinopathies. Considerable efforts have thus been directed at understanding this process. However, the recently discovered condensation pathway, which involves the formation of phase-separated liquid intermediate states, has added further complexity. In parallel, it has been reported that different αSyn splice isoforms may be implicated in aggregate formation in disease. In this study, we compare the phase behavior of four αSyn isoforms (αSyn-140, αSyn-126, αSyn-112, and αSyn-98). Using different biophysical tools including confocal microscopy, kinetic assays and microfluidic-based approaches, we find stark differences between the four systems in their propensities to undergo phase separation and aggregation. Furthermore, we show that even small amounts of αSyn-112, one of the predominant isoforms after αSyn-140, can affect the phase separation of αSyn-140. These results highlight the importance of conducting further investigations to elucidate the role of alternative splicing in synucleinopathies.