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業(yè)內快訊

阿爾茲海默癥新突破:施一公團隊再解重要蛋白結構

時間:2020-12-29 來源: 瀏覽量:1897

2020 年 12 月 28 日,中科院院士、西湖大學校長施一公教授團隊在 Cell 上在線發(fā)表了題為 Structural basis of γ-secretase inhibition and modulation by small molecule drugs《 小分子藥物抑制和調節(jié)γ-分泌酶的結構基礎》的研究成果。據(jù)悉, 施一公教授為該論文通訊作者,中國農業(yè)大學楊光輝與清華大學生命學院助理研究員周瑞、博士生郭雪飛為論文的共同第一作者。
研究首次報道了 γ- 分泌酶(γ-secretase)結合兩種小分子抑制劑(Gamma-Secretase Inhibitor, GSI)和一種調節(jié)劑(Gamma-Secretase Modulator, GSM)的 4 個原子分辨率冷凍電鏡結構,闡明了 γ- 分泌酶識別不同種類抑制劑及調節(jié)劑的分子機理。

阿爾茲海默癥新突破施一公團隊再解重要蛋白結構

據(jù)該論文第一作者中國農業(yè)大學教授楊光輝接受《中國科學報》采訪時介紹,這項工作將為研究阿茲海默癥以及癌癥相關具有底物選擇性的 γ- 分泌酶抑制劑提供重要的結構信息。

Development of γ-secretase inhibitors (GSIs) and modulators (GSMs) represents an attractive therapeutic opportunity for Alzheimer’s disease (AD) and cancers. However, how these GSIs and GSMs target γ-secretase has remained largely unknown. Here, we report the cryoelectron microscopy (cryo-EM) structures of human γ-secretase bound individually to two GSI clinical candidates, Semagacestat and Avagacestat, a transition state analog GSI L685,458, and a classic GSM E2012, at overall resolutions of 2.6–3.1 ?. Remarkably, each of the GSIs occupies the same general location on presenilin 1 (PS1) that accommodates the β strand from amyloid precursor protein or Notch, interfering with substrate recruitment. L685,458 directly coordinates the two catalytic aspartate residues of PS1. E2012 binds to an allosteric site of γ-secretase on the extracellular side, potentially explaining its modulating activity. Structural analysis reveals a set of shared themes and variations for inhibitor and modulator recognition that will guide development of the next-generation substrate-selective inhibitors.

γ- 分泌酶抑制劑 (GSIs) 和調節(jié)劑 (GSMs) 的發(fā)展代表了一個有吸引力的治療阿茨海默癥 (AD) 和癌癥的機會。然而,這些 GSIs 和 GSMs 如何靶向 γ- 分泌酶仍然很大程度上未知。

在這項研究中,研究人員報道了人類 γ- 分泌酶的低溫電子顯微鏡 (cryoelectron microscopy, cryo-EM) 結構,分別在一種模擬 GSI 的過渡狀態(tài) (transition state analog,TSA)  L685,458、與兩種 GSI 臨床候選藥物 Semagacestat 和 Avagacestat(非 TSA)、和一種經典的調節(jié)劑 E2012 相結合的狀態(tài),四種條件下的冷凍電鏡結構,整體分辨率為 2.6-3.1 ?。

阿爾茲海默癥新突破施一公團隊再解重要蛋白結構

γ- 分泌酶結合三種小分子抑制劑(Semagacestat、Avagacestat 和 L685,458)和一種調節(jié)劑(E2012)的原子分辨率冷凍電鏡結構。

圖片來源:Cell

文章特別提示,每個 γ- 分泌酶抑制劑通常在 presenilin 1 (PS1) 上占據(jù)相同的位置,調節(jié)淀粉樣前體蛋白的 β 鏈或 Notch,干擾底物招募。L685,458 直接協(xié)調配合 PS1 的兩個催化天冬氨酸殘基。E2012 結合到細胞外側 γ- 分泌酶的變構位點,這可能解釋其調節(jié)活性。

Semagacestat 導致的患者認知能力和日常活動能力減弱,以及引發(fā)病人患皮膚癌的風險提高的原因,極有可能是由于這種抑制劑在抑制 APP 的切割同時,還抑制了 γ- 分泌酶的另一重要底物 Notch 的切割。

施一公實驗室一直致力于揭示阿茲海默癥發(fā)病機理,解析 γ- 分泌酶三維結構及其作用機制,探索這些調節(jié)劑和抑制劑是怎樣抑制底物進入的,為之前臨床藥物的失敗提供了一定的解釋。


論文鏈接 https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)31621-4