Tau(210–240)与BIN1结合降低机制：磷酸化电荷优先选择n-Src/远端环而非RT-Src环

本研究针对阿尔茨海默病相关蛋白Tau的脯氨酸富集区（PRR）与BIN1的SH3结构域相互作用机制，通过大规模分子动力学模拟（>60 μs）结合MMGBSA结合能计算与丙氨酸扫描技术，揭示磷酸化通过减少盐桥（最高达32%）并促使Tau优先结合n-Src/远端环而非RT-Src环，从而破坏复合物形成。该发现为靶向Tau异常磷酸化的治疗策略提供新视角。

　　

在阿尔茨海默病（Alzheimer's disease）错综复杂的病理机制中，Tau蛋白的异常聚集和过度磷酸化长期被视为核心环节。尤其值得注意的是，Tau蛋白内部存在一段脯氨酸富集区（proline-rich region，PRR），该区域能够特异性地被BIN1蛋白的SH3结构域识别与结合——而BIN1正是阿尔茨海默病的重要遗传风险因子之一。这一相互作用不仅影响Tau的生理功能，更可能在疾病进程中起到关键的调控作用。以往研究表明，Tau发生超磷酸化后会显著干扰其与BIN1之间的复合物形成，但其中的结构动态细节与能量学机制仍不明确，阻碍了以该相互作用为靶点的治疗策略开发。

为深入解析磷酸化对Tau与BIN1结合的具体影响机制，由 Amina Gaffour、Michael Bakker、Krishnendu Bera 和 Jana Pavlíková P?ecechtělová 组成的研究团队，以 Tau 蛋白的第210至240位氨基酸片段——该段序列覆盖PRR中P2亚结构域的主要部分——为研究对象，开展了一项结合多尺度计算模拟与能量分析的深入工作。该研究成果已在生物物理领域权威期刊《Biophysical Journal》正式发表。

研究团队首先构建了 Tau(210–240) 肽段在不同修饰状态下的原子级模型，并开展了累积超过60微秒（μs）的全原子分子动力学（Molecular Dynamics, MD）模拟，对多种力场、磷酸化修饰和其他化学修饰进行了系统性比较与验证。这些模拟结果进一步与实验测得的核磁共振（NMR）化学位移及自旋-自旋耦合常数进行比对，确保了模型结构的可靠性。此外，作者还对 Tau 与 BIN1-SH3 结构域形成的复合物进行了结合自由能计算（采用MMGBSA方法）以及计算丙氨酸扫描（computational alanine scanning），以精确评估结合界面中关键残基的贡献并揭示磷酸基团引入所带来的干扰效应。

关键技术方法包括：全原子分子动力学（MD）模拟，累计模拟时长超过60 μs；MMGBSA（Molecular Mechanics Generalized Born Surface Area）结合自由能计算；计算丙氨酸扫描（computational alanine scanning）以识别关键结合残基；核磁共振（NMR）化学位移与自旋-耦合常数的实验比对与验证。

研究结果

磷酸化导致 Tau 与 BIN1 之间盐桥相互作用显著减少

通过分析模拟轨迹与结合自由能，研究发现磷酸化修饰为 Tau 肽段引入额外负电荷，导致其与 BIN1 表面带负电残基之间的静电排斥增强。尤其值得注意的是，原本由 Tau 的阳性残基（如 R221）与 BIN1 的酸性残基形成的盐桥数量最高下降达32%，直接削弱了两者间的结合亲和力。

磷酸化 Tau 表现出对 n-Src 及远端环的结合偏好性

在未磷酸化的状态下，Tau(210–240) 主要通过与 BIN1-SH3 结构域的 RT-Src 环（RT-loop）发生相互作用。而磷酸化后，该肽段——特别是其C端半段——显著转向与 n-Src 环（n-Src loop）和远端环（distal loop）发生接触。这种结合模式的转变进一步破坏了原有复合结构的稳定性。

关键结合残基的识别与功能验证

通过计算丙氨酸扫描，研究明确指出了 Tau 中的 R221 等残基以及 BIN1 中多个酸性残基在结合中的核心作用。这些残基在磷酸化后 either 直接参与电荷排斥，或因构象变化而不再处于最优空间位置，从而导致复合物解离。

讨论与结论

该研究通过大规模分子动力学模拟与严格的能量学分析，首次在原子层面系统阐释了 Tau 蛋白 PRR 区域发生磷酸化后如何改变其与 BIN1-SH3 结构域的互作机制。磷酸基团所带来的额外电荷不仅直接干扰盐桥形成，还诱导结合界面发生重构，使得 Tau 更倾向于结合 n-Src 环和远端环——这两个区域在SH3结构域中通常不作为主要结合界面。这一发现为理解 Tau 在阿尔茨海默病病理条件下的异常行为提供了新的结构生物学依据。

从转化医学视角看，该工作指出 Tau(210–240) 与 BIN1 的结合界面以及其中的磷酸化敏感位点（如 R221）可作为未来小分子或肽类抑制剂设计的潜在靶标。通过有针对性地稳定或模仿该复合物的某种构象，或有望抵消因 Tau 过度磷酸化所导致的神经毒性效应，为阿尔茨海默病的治疗策略开发提供新思路。