清華大學施一公教授新年第一篇《PNAS》文章

2020-12-08 生物谷


細胞凋亡是由引發劑和效應物caspase的連續激活進行的，在哺乳動物細胞中，引發劑caspase-9負責效應物caspase-3的激活，這個過程主要依賴於一個特定的多蛋白複合物。對於caspase-9來說，這個多蛋白複合物被稱為凋亡體，包括凋亡蛋白酶激活因子1（Apaf-1）和細胞色素c（CytC）之間的一個異二聚體的七個拷貝。

一直以來，科學家們都希望能弄清楚Apaf-1凋亡體激活caspase-9的分子機制。此前施一公教授研究組發現以往報導的Apaf-1 CARD(caspase recruitment domain)結構域與caspase-9 CARD之間1:1相互作用不足以激活caspase-9。Apaf-1 CARD和caspase-9之間形成多聚複合體是caspase-9激活的基礎，而三種類型的獨特界面是多聚複合體形成的必要條件。而且，研究人員證實了多聚複合體上的另一個表面區域在caspase-9激活發揮必不可少的作用。

在此基礎上，這一組研究人員進一步報導了一個凋亡全酶的冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）結構，並以此為指導進行了相應的生物化學分析，這些結構與生化分析結果表明，凋亡體至少能部分通過抑制性CARD結構域的螯合作用來激活caspase-9。

研究人員表示此前的機械研究大量依賴於在沒有Apaf-1凋亡體存在的情況下改造的caspase-9，而這項研究中，他們分析了在Apaf-1凋亡體存在情況下的caspase-9活性的生物化學，結果表明Apaf-1凋亡體能通過兩種方式來激活caspase-9：一種是由Caspase募集結構域(Caspase recruitment domain，CARD)介導的抑制作用，另外一種是刺激蛋白酶結構域的催化活性。

此外，此前施一公教授研究組還在Genes & Development上發文，通過單粒子冷凍電鏡分析，在3.8 ?的原子級解析度上，確定了一個完整的哺乳動物凋亡體Apaf-1的三維結構。

研究人員確定了一個完整的哺乳動物凋亡體的原子結構（3.8 ?解析度）。結構分析連同結構引導的生化表徵，揭示了細胞色素c如何通過與WD40重複的特異性相互作用，而解除Apaf-1的自動抑制。與自動抑制的Apaf-1的結構對比，揭示了dATP結合如何觸發一系列的構象變化，從而導致凋亡體的形成。總而言之，這些研究結果，闡釋了細胞色素c和dATP介導的Apaf-1激活的分子機制。

原始出處：

Yigong Shi,Yini Lia, Mengying Zhoua, Qi Hua,et al.Mechanistic insights into caspase-9 activation by the structure of the apoptosome holoenzyme. PNAS.December 17, 2016.

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