The effect of proteotoxic stress on human tau protein aggregation and toxicity expressed in yeast Saccharomyces cerevisiae

Nakupljanje agregata proteina tau u neurofibrilarne snopiće najistaknutije je histopatološko obilježje Alzheimerove bolesti. U zdravim neuronima tau ima karakteristike topljivog proteina te je uglavnom vezan za mikrotubule aksona, dok u neuronima zahvaćenim patologijom tvori agregate i akumulira se u somi i dendritima. Količina agregata i širenje neurofibrilarnih promjena u mozgu u izravnoj su korelaciji s napredovanjem bolesti i stupnjem kognitivnog oštećenja. Glavni rizični čimbenik za nastanak Alzheimerove bolesti je starenje, no točni uzroci agregacije tau još nisu potpuno razjašnjeni. Budući da su putevi agregacije proteina evolucijski konzervirani, radi genetičkog pristupa otkrivanju čimbenika agregacije i toksičnosti proteina tau, u ovom smo radu kao stanični model odabrali kvasac Saccharomyces cerevisiae. Kako bismo bolje razumjeli rane korake u tau patologiji, uspostavili smo i upotrijebili molekularni alat za proučavanje oligomerizacije tau u živim stanicama, temeljen na luminiscenciji, u kojem interakcija dvaju tau proteina rezultira komplementacijom luciferaze NanoLuc i luminiscencijom. Istražili smo dovode li različiti čimbenici, napose proteotoksični stres, do agregacije tau te smo ispitali toksičnost proteina tau u stanicama kvasca u uvjetima stresa. Pokazali smo da proteotoksični stres ne doprinosi oligomerizaciji i toksičnosti tau u stanicama kvasca. Uspostavljeni reporter tau-NanoBiT omogućit će genetički probir čimbenika agregacije i toksičnosti tau proteina u daljnjim istraživanjima.
The main histopathological hallmark of Alzheimer’s disease are neurofibrillary tangles - large aggregates of protein tau. In healthy neurons, tau is a soluble protein mostly bound to the microtubules in axons, however in the affected neurons, tau accumulates in the soma and dendrites and forms aggregates. The number of tangles and the spread of neurofibrillary changes in the brain are directly correlated with the progression of the disease. The causes of tau aggregation are not completely clear. Since many molecular pathways of protein aggregation are evolutionarily conserved, we have chosen yeast Saccharomyces cerevisiae as a cell model to study the factors of tau aggregation. To better understand the early steps in tau pathology, we used a molecular tool for studying tau oligomerization in living cells, based on the luminescent reporter NanoBiT, in which tau protein interaction results in complementation of NanoLuc luciferase. We investigated how different factors, especially proteotoxic stress, affect tau aggregation and examined the toxicity of tau in yeast cells under stress conditions. We have shown that proteotoxic stress does not contribute to tau oligomerization and toxicity in yeast cells. The established tau-NanoBiT reporter will enable genetic screens for the aggregation factors and tau protein toxicity in future research.