遠(yuǎn)志

[本刊訊]清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院施一公研究組報(bào)道了分辨率高達(dá)0.34納米的人體γ-分泌酶的電鏡結(jié)構(gòu)，并基于結(jié)構(gòu)分析研究了γ-分泌酶致病突變體的功能，為理解γ-分泌酶工作機(jī)制及阿爾茨海默癥（AD）發(fā)病機(jī)理提供了重要基礎(chǔ)。相關(guān)論文2015年8月18日在線發(fā)表于Nature雜志。

AD是一類神經(jīng)退行性疾病，又稱老年癡呆癥，是當(dāng)今最嚴(yán)重的老年神經(jīng)退行性疾病之一。臨床表現(xiàn)為患者腦組織切片中出現(xiàn)淀粉樣斑塊，神經(jīng)元逐漸死亡，認(rèn)知和記憶能力受損，逐漸喪失獨(dú)立生活能力，最后腦功能嚴(yán)重受損直至死亡。65歲以上人群中發(fā)病率高達(dá)10%，85歲以上人群中發(fā)病率30%-50%。我國(guó)目前患者數(shù)高達(dá)500萬(wàn)，占世界患者總數(shù)的四分之一，且由于預(yù)防治療手段不足，缺乏特效藥物，該病有發(fā)病年齡提前、發(fā)病人數(shù)增加的趨勢(shì)。

但是，AD的發(fā)病機(jī)理尚未揭示。目前已知β-淀粉樣沉淀是該病標(biāo)志性癥狀之一，β-淀粉樣沉淀是淀粉樣前體（APP）蛋白經(jīng)一系列蛋白酶切割產(chǎn)生的短肽聚集而成。切割過(guò)程中最關(guān)鍵的蛋白酶是γ-分泌酶，它由四個(gè)跨膜蛋白亞基組成：Presenilin（PS1）、Pen-2、Aph-1和Nicastrin。PS1正是行使酶切功能的關(guān)鍵活性亞基，編碼PS1的基因中有200多個(gè)突變與AD相關(guān)，這些突變可能導(dǎo)致PSl功能異常而引發(fā)AD。因此，γ-分泌酶在AD發(fā)病中扮演著重要角色，很多藥物的研發(fā)直接以γ-分泌酶作為靶點(diǎn)，希望通過(guò)調(diào)節(jié)其活性來(lái)治病。但其三維結(jié)構(gòu)信息的缺失和突變致病機(jī)理的不明，藥物研發(fā)受到很大限制，獲取其三維結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。

該工作在獲得純度好、性質(zhì)均一的蛋白樣品的基礎(chǔ)上，通過(guò)收集更多數(shù)據(jù)、大量計(jì)算和升級(jí)的分類方法，計(jì)算構(gòu)建出0.34納米原子分辨率的γ-分泌酶三維結(jié)構(gòu)，觀察到絕大部分氨基酸的側(cè)鏈和胞外區(qū)部分糖基化修飾和結(jié)合的脂類分子。并在高分辨結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)PS1上的致病性突變體進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)這些突變主要集中在兩個(gè)較為集中的區(qū)域內(nèi)。通過(guò)對(duì)其中一些突變體進(jìn)行生化性質(zhì)的研究，發(fā)現(xiàn)這些突變會(huì)影響γ-分泌酶對(duì)底物APP的酶切活性，且影響有所不同，對(duì)已有的AD發(fā)病機(jī)理提出了一些新探討。

該成果首次展示了，γ-分泌酶的原子分辨率結(jié)構(gòu)，并在結(jié)構(gòu)信息基礎(chǔ)上分析γ-分泌酶中催化亞基PS1上致病性的突變，研究了突變體的生化活性，對(duì)更進(jìn)一步了解，γ-分泌酶切割底物的機(jī)制及AD的發(fā)病機(jī)理具有極為重大的意義，為開(kāi)發(fā)潛在治療AD的高效藥物提供了重要的分子基礎(chǔ)。