Articulo de referencia

proteína Tau

Las proteínas tau (abreviatura de unidad asociada a la tubulina [ 5 ] ) forman un grupo de seis isoformas proteicas altamente solubles producidas por empalme alternativo del gen...

Las proteínas tau (abreviatura de unidad asociada a la tubulina [ 5 ] ) forman un grupo de seis isoformas proteicas altamente solubles producidas por empalme alternativo del gen MAPT ( proteína tau asociada a microtúbulos ). [ 6 ] [ 7 ] Su función principal es mantener la estabilidad de los microtúbulos en los axones y son abundantes en las neuronas del sistema nervioso central (SNC), donde la corteza cerebral presenta la mayor abundancia. [ 8 ] Son menos comunes en otras partes, pero también se expresan en niveles muy bajos en astrocitos y oligodendrocitos del SNC . [ 9 ]

Las patologías y demencias del sistema nervioso , como la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson [ 10 ], están asociadas con proteínas tau que se han convertido en agregados insolubles hiperfosforilados llamados ovillos neurofibrilares . Las proteínas tau fueron identificadas en 1975 como proteínas termoestables esenciales para el ensamblaje de microtúbulos [ 5 , 11 ] , y desde entonces se han caracterizado como proteínas intrínsecamente desordenadas [ 12 ] .

Las neuronas se cultivaron en un laboratorio y se tiñeron con anticuerpos contra la proteína MAP2 ( en verde) y la proteína MAP tau (en rojo) mediante inmunofluorescencia . La proteína MAP2 se encuentra únicamente en las dendritas y los pericariones, mientras que la proteína tau se encuentra no solo en las dendritas y los pericariones, sino también en los axones. Como resultado, los axones aparecen rojos, mientras que las dendritas y los pericariones aparecen amarillos debido a la superposición de las señales roja y verde. El ADN se visualiza en azul mediante la tinción con DAPI , que resalta los núcleos. Imagen cortesía de EnCor Biotechnology Inc.

Gene

En humanos, el gen MAPT que codifica la proteína tau se encuentra en el cromosoma 17q 21 ​​y contiene 16 exones . [ 13 ] La principal proteína tau en el cerebro humano está codificada por 11 exones. Los exones 2, 3 y 10 se procesan alternativamente , lo que da lugar a la formación de seis isoformas de tau. [ 14 ] En el cerebro humano, las proteínas tau constituyen una familia de seis isoformas con un rango de 352 a 441 aminoácidos. Las isoformas de tau se diferencian por tener cero, uno o dos insertos de 29 aminoácidos en la parte N-terminal (exones 2 y 3) y tres o cuatro regiones repetidas en la parte C-terminal (exón 10). Así, la isoforma más larga en el SNC tiene cuatro repeticiones (R1, R2, R3 y R4) y dos inserciones (441 aminoácidos en total), mientras que la isoforma más corta tiene tres repeticiones (R1, R3 y R4) y ninguna inserción (352 aminoácidos en total).

El gen MAPT tiene dos haplogrupos , H1 y H2, en los que el gen aparece en orientaciones invertidas. El haplogrupo H2 es común solo en Europa y en personas con ascendencia europea. El haplogrupo H1 parece estar asociado con una mayor probabilidad de ciertas demencias, como la enfermedad de Alzheimer. La presencia de ambos haplogrupos en Europa significa que la recombinación entre haplotipos invertidos puede resultar en la falta de una de las copias funcionales del gen, lo que da lugar a defectos congénitos. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] El haplotipo de riesgo H1H1 en neuronas corticales derivadas de iPSC reveló una mayor expresión de alfa-sinucleína en comparación con H2H2, lo que puede explicar la asociación del haplotipo con sinucleinopatías como la enfermedad de Parkinson. [ 19 ]

Estructura

En el tejido cerebral humano existen seis isoformas de tau, que se distinguen por el número de dominios de unión . Tres isoformas tienen tres dominios de unión y las otras tres, cuatro. Los dominios de unión se localizan en el extremo carboxilo de la proteína y tienen carga positiva (lo que permite su unión al microtúbulo, que tiene carga negativa). Las isoformas con cuatro dominios de unión estabilizan mejor los microtúbulos que las que tienen tres. La proteína tau es una fosfoproteína con 79 posibles sitios de fosforilación de serina (Ser) y treonina (Thr) en la isoforma más larga. Se ha descrito la fosforilación en aproximadamente 30 de estos sitios en las proteínas tau normales. [ 20 ]

La fosforilación de tau está regulada por una serie de quinasas , incluyendo PKN , una serina/treonina quinasa . Cuando PKN se activa, fosforila tau, lo que resulta en la alteración de la organización de los microtúbulos. [ 21 ] La fosforilación de tau también está regulada durante el desarrollo. Por ejemplo, la tau fetal está más fosforilada en el SNC embrionario que la tau adulta. [ 22 ] El grado de fosforilación en las seis isoformas disminuye con la edad debido a la activación de las fosfatasas . [ 23 ] Al igual que las quinasas, las fosfatasas también desempeñan un papel en la regulación de la fosforilación de tau. Por ejemplo, PP2A y PP2B están presentes en el tejido cerebral humano y tienen la capacidad de desfosforilar Ser396. [ 24 ] La unión de estas fosfatasas a tau afecta la asociación de tau con los microtúbulos.

También se ha sugerido que la fosforilación de tau está regulada por la modificación O -GlcNAc en varios residuos de Ser y Thr. [ 25 ] Se ha explorado el aumento de O-GlcNAc como estrategia terapéutica para proteger contra la hiperfosforilación de tau. [ 26 ]

Función

Estabilización de los microtúbulos

Las proteínas tau se encuentran con mayor frecuencia en las neuronas que en las células no neuronales en humanos. Una de las funciones principales de tau es modular la estabilidad de los microtúbulos axonales . [ 11 ] [ 27 ] Otras proteínas asociadas a microtúbulos (MAP) del sistema nervioso pueden desempeñar funciones similares, como sugieren los ratones knockout de tau que no mostraron anomalías en el desarrollo cerebral, posiblemente debido a la compensación de la deficiencia de tau por otras MAP. [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]

Aunque tau está presente en las dendritas en niveles bajos, donde participa en el andamiaje postsináptico, [ 31 ] es activa principalmente en las porciones distales de los axones , donde proporciona estabilización de los microtúbulos pero también flexibilidad según sea necesario. Las proteínas tau interactúan con la tubulina para estabilizar los microtúbulos y promover el ensamblaje de la tubulina en microtúbulos. [ 11 ] Tau tiene dos formas de controlar la estabilidad de los microtúbulos: isoformas y fosforilación .

Además de su función estabilizadora de microtúbulos, también se ha descubierto que Tau recluta proteínas de señalización y regula el transporte axonal mediado por microtúbulos . [ 32 ]

traducción del ARNm

Tau es un regulador negativo de la traducción del ARNm en Drosophila , [ 27 ] ratón, [ 33 ] y cerebro humano, [ 34 ] a través de su unión a los ribosomas , lo que resulta en una función ribosomal deteriorada, [ 35 ] reducción de la síntesis de proteínas y función sináptica alterada. [ 27 ] [ 34 ] Tau interactúa específicamente con varias proteínas ribosomales , incluido el regulador crucial de la traducción rpS6 . [ 36 ]

Comportamiento

Las funciones no celulares primarias de la proteína tau consisten en regular negativamente la memoria a largo plazo [ 27 ] y facilitar la habituación (una forma de aprendizaje no asociativo) [ 27 ] , dos funciones fisiológicas superiores e integradas. Dado que la regulación de la proteína tau es fundamental para la memoria, esto podría explicar la relación entre las tauopatías y el deterioro cognitivo.

En ratones, mientras que las cepas con eliminación de tau reportadas no presentan fenotipo manifiesto cuando son jóvenes, [ 28 ] [ 37 ] [ 38 ] cuando envejecen, muestran cierta debilidad muscular, hiperactividad y deterioro del condicionamiento del miedo . [ 39 ] Sin embargo, ni el aprendizaje espacial en ratones, [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] ni la memoria a corto plazo (aprendizaje) en Drosophila [ 27 ] parecen verse afectados por la ausencia de tau.

Además, los ratones con deficiencia de tau tienen un ciclo de sueño-vigilia anormal , con períodos de vigilia aumentados y tiempo de sueño no REM disminuido . [ 42 ]

Otras funciones

Otras funciones típicas de tau incluyen la señalización celular , el desarrollo neuronal , la neuroprotección y la apoptosis . [ 29 ] También se están investigando actualmente funciones atípicas y no estándar de tau [ 43 ] , como su participación en la estabilidad cromosómica , su interacción con el transcriptoma celular , su interacción con otras proteínas del citoesqueleto o sinápticas, su participación en la mielinización o en la señalización de la insulina cerebral , su papel en la exposición al estrés crónico y en la depresión , etc.

Mecanismo

La acumulación de tau hiperfosforilada en neuronas está asociada con la degeneración neurofibrilar. [ 44 ] El mecanismo real de cómo se propaga la tau de una célula a otra no está bien identificado. Además, otros mecanismos, incluyendo la liberación y toxicidad de la tau, no están claros. A medida que la tau se agrega, reemplaza la tubulina, lo que a su vez mejora la fibrilación de la tau. [ 45 ] Se han propuesto varios métodos de propagación que ocurren por contacto sináptico, como las proteínas de adhesión celular sináptica, la actividad neuronal y otros mecanismos sinápticos y no sinápticos. [ 46 ] El mecanismo de agregación de tau aún no está completamente dilucidado, pero varios factores favorecen este proceso, incluyendo la fosforilación de la tau y los iones de zinc. [ 47 ] [ 48 ] Además, estudios recientes muestran que la tau puede coordinar hasta tres iones Zn²⁺ a través de sitios distintos en las regiones N-terminal, repetitiva y C-terminal; [ 49 ] La ocupación de dos sitios Zn²⁺ es suficiente para promover la separación de fases líquido-líquido (LLPS) de tau in vitro, vinculando la homeostasis del zinc con las vías de agregación impulsadas por condensado. [ 50 ]

Liberar

La proteína tau participa en los procesos de captación y liberación, conocidos como siembra. La captación de la proteína tau requiere la presencia de proteoglicanos de heparán sulfato en la superficie celular, lo que ocurre mediante macropinocitosis . [ 51 ] Por otro lado, la liberación de tau depende de la actividad neuronal. Muchos factores influyen en la liberación de tau, como, por ejemplo, las isoformas o las mutaciones de MAPT que modifican el nivel extracelular de tau. [ 52 ] Según Asai y sus colegas, la propagación de la proteína tau se produce desde la corteza entorrinal hasta la región del hipocampo en las primeras etapas de la enfermedad. También sugirieron que la microglía participa en el proceso de transporte, aunque su función real aún se desconoce. [ 53 ]

Consumo

Se ha encontrado proteína Tau en el medio extracelular, incluyendo el líquido cefalorraquídeo (LCR) y el líquido intersticial (LI), en condiciones fisiológicas y patológicas. [ 54 ] Se ha demostrado que la proteína 1 relacionada con el receptor de lipoproteínas de baja densidad (LRP1) es el receptor para la internalización de Tau en las células. [ 55 ] Sin embargo, el estudio de la captación de Tau en neuronas humanas reveló que los monómeros de Tau fisiológicos utilizan principalmente LRP1 para la internalización, mientras que la captación de agregados de Tau patológicos depende de proteoglicanos de heparán sulfato. [ 56 ]

Toxicidad

Tau causa efectos tóxicos a través de su acumulación dentro de las células. Muchas enzimas están involucradas en el mecanismo de toxicidad, como la quinasa PAR-1 . Esta enzima estimula la fosforilación de la serina 262 y 356, lo que a su vez conduce a la activación de otras quinasas ( GSK-3 y CDK5 ) que causan fosfoepítopos asociados a la enfermedad . [ 57 ] El grado de toxicidad se ve afectado por diferentes factores, como el grado de unión a los microtúbulos. [ 58 ] [ 59 ] La toxicidad también puede ocurrir por ovillos neurofibrilares (ONF), lo que conduce a la muerte celular y al deterioro cognitivo.

Importancia clínica

La hiperfosforilación de la proteína tau ( inclusiones de tau , pTau) puede dar lugar al autoensamblaje de ovillos de filamentos helicoidales pareados y filamentos rectos, que participan en la patogénesis de la enfermedad de Alzheimer , la demencia frontotemporal y otras tauopatías . [ 60 ] Las seis isoformas de tau están presentes, a menudo en un estado hiperfosforilado, en filamentos helicoidales pareados en el cerebro con enfermedad de Alzheimer. En otras enfermedades neurodegenerativas , se ha descrito la deposición de agregados enriquecidos en ciertas isoformas de tau. Cuando se pliega incorrectamente , esta proteína, normalmente muy soluble, puede formar agregados extremadamente insolubles que contribuyen a diversas enfermedades neurodegenerativas. La proteína tau tiene un efecto directo sobre la degradación de una célula viva causada por los ovillos que se forman y bloquean las sinapsis nerviosas . [ 61 ]

La expresión del gen tau específica de cada sexo en diferentes regiones del cerebro humano se ha relacionado recientemente con las diferencias de género en las manifestaciones y el riesgo de tauopatías. [ 62 ] Algunos aspectos del funcionamiento de la enfermedad también sugieren que tiene ciertas similitudes con las proteínas priónicas . [ 63 ]

Hipótesis de la proteína tau en la enfermedad de Alzheimer

La hipótesis tau postula que la fosforilación excesiva o anormal de tau da como resultado la transformación de tau adulta normal en tau de filamentos helicoidales pareados (PHF) y ovillos neurofibrilares (NFT). [ 64 ] La etapa de la enfermedad determina la fosforilación de los NFT. En la EA, al menos 19 aminoácidos están fosforilados; la fosforilación pre-NFT ocurre en serina 199, 202 y 409, mientras que la fosforilación intra-NFT ocurre en serina 396 y treonina 231. [ 65 ] A través de sus isoformas y fosforilación, la proteína tau interactúa con la tubulina para estabilizar el ensamblaje de microtúbulos. Las seis isoformas de tau están presentes en un estado frecuentemente hiperfosforilado en filamentos helicoidales pareados (PHF) en el cerebro con EA.

Las mutaciones de tau tienen muchas consecuencias, incluyendo disfunción de los microtúbulos y alteración del nivel de expresión de las isoformas de tau. [ 66 ] Las mutaciones que alteran la función y la expresión de las isoformas de tau conducen a la hiperfosforilación. El proceso de agregación de tau en ausencia de mutaciones no se conoce, pero podría ser el resultado de una mayor fosforilación, la acción de proteasas o la exposición a polianiones , como los glicosaminoglicanos . La tau hiperfosforilada desensambla los microtúbulos y secuestra la tau normal, MAPT 1 (proteína tau 1 asociada a microtúbulos), MAPT 2 y ubiquitina en ovillos de PHF. Esta estructura insoluble daña las funciones citoplasmáticas e interfiere con el transporte axonal , lo que puede conducir a la muerte celular. [ 67 ] [ 61 ]

Las formas hiperfosforiladas de la proteína tau son el componente principal de los PHF de los NFT en el cerebro de pacientes con EA. Se ha demostrado que las regiones de los segmentos de seis residuos de tau, a saber, PHF6 (VQIVYK) y PHF6* (VQIINK), pueden formar agregaciones de tau PHF en la EA. Además del PHF6, algunos otros sitios de residuos como Ser285, Ser289, Ser293, Ser305 y Tyr310, ubicados cerca del extremo C-terminal de las secuencias PHF6, juegan papeles clave en la fosforilación de tau. [ 68 ] La tau hiperfosforilada difiere en su sensibilidad y su actividad quinasa así como fosfatasa alcalina [ 69 ] y es, junto con el beta-amiloide , un componente de la lesión patológica observada en la enfermedad de Alzheimer. [ 70 ] [ 71 ] Las especies de tau oligomérica soluble se han relacionado con una progresión clínica más agresiva en la enfermedad de Alzheimer. [ 72 ] En 2025, se informó que la proteína tau de alto peso molecular derivada de pacientes afectaba la descarga de potenciales de acción complejos en las neuronas CA1 del hipocampo y se asociaba con una expresión reducida de CaV2.3 neuronal en modelos de ratón y ex vivo, lo que proporciona un posible mecanismo celular para el deterioro cognitivo relacionado con la proteína tau. [ 73 ] Una hipótesis reciente identifica la disminución de la señalización de la reelina como el cambio principal en la enfermedad de Alzheimer que conduce a la hiperfosforilación de la proteína tau a través de una disminución en la inhibición de GSK3β. [ 74 ]

A68 es un nombre que a veces se le da (principalmente en publicaciones antiguas) a la forma hiperfosforilada de la proteína tau que se encuentra en los cerebros de personas con enfermedad de Alzheimer. [ 75 ]

En 2020, investigadores de dos grupos publicaron estudios que indicaban que una prueba de inmunoensayo en sangre para la forma fosfo-tau-217 (p-tau-217) de la proteína podría diagnosticar la enfermedad de Alzheimer hasta décadas antes de que los síntomas de demencia fueran evidentes. [ 76 ] [ 77 ] [ 78 ]

Lesión cerebral traumática

Las lesiones cerebrales traumáticas leves repetitivas (LCT) son un componente central de los deportes de contacto , especialmente el fútbol americano , [ 79 ] [ 80 ] y la fuerza de conmoción de las explosiones militares. [ 81 ] Pueden conducir a la encefalopatía traumática crónica (ETC), una afección caracterizada por ovillos fibrilares de tau hiperfosforilada. [ 82 ] Después de una lesión cerebral traumática grave, los altos niveles de proteína tau en el líquido extracelular del cerebro están relacionados con malos resultados. [ 83 ]

Hipótesis de propagación similar a la de los priones

El término "similar a un prión" se usa a menudo para describir varios aspectos de la patología tau en diversas tauopatías , como la enfermedad de Alzheimer y la demencia frontotemporal . [ 84 ] Los priones verdaderos se definen por su capacidad de inducir el plegamiento incorrecto de proteínas nativas para perpetuar la patología. Los priones verdaderos, como PRNP , también son infecciosos y tienen la capacidad de transmitirse entre especies. Dado que aún no se ha demostrado que la proteína tau sea infecciosa, no se la considera un prión verdadero, sino una proteína "similar a un prión". Al igual que los priones verdaderos, se ha demostrado que los agregados patológicos de tau tienen la capacidad de inducir el plegamiento incorrecto de la proteína tau nativa. [ 85 ] Se han descrito especies de agregados de tau tanto competentes como no competentes para el plegamiento incorrecto, lo que indica un mecanismo altamente específico. [ 86 ]

Interacciones

Se ha demostrado que la proteína Tau interactúa con:

Véase también

Referencias

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  • Entrada de GeneReviews/NCBI/NIH/UW sobre trastornos relacionados con MAPT
  • Imágenes de resonancia magnética de un hombre con tau en el líquido cefalorraquídeo de una variante de la ECJ.
  • Resumen de toda la información estructural disponible en el PDB para UniProt : P10636 (proteína tau asociada a microtúbulos) en el PDBe-KB .