2022年施一公团队7篇Science/CR/NC/MC/PNAS，在BCR的组织原则，核孔，剪接体及γ-分泌酶结构取得进展

抑制γ-分泌酶活性是一种潜在的治疗阿尔茨海默病(AD)的策略。MRK-560是一种选择性抑制剂，对早老素1 (PS1)的效力高于对γ-分泌酶催化亚基的两种亚型PS2，尽管其潜在机制仍不清楚。

2022年10月22日，清华大学/西湖大学施一公及清华大学周瑞共同通讯在Nature Communications 在线发表题为“Molecular basis for isoform-selective inhibition of presenilin-1 by MRK-560”的研究论文，该研究报道了含有和不含MRK-560的PS1和PS2的γ-分泌酶复合物的冷冻电子显微镜(cryo-EM)结构，总体分辨率为2.9-3.4 Å。

MRK-560占据PS1的底物结合位点，但在PS2中不可见。结构比较发现，PS1中的Thr281和Leu282是MRK-560亚型依赖性敏感性的决定因素，PS1和PS2之间的交换实验证实了这一点。通过揭示早老素的亚型选择性抑制机制，该研究工作可能有助于未来靶向γ-分泌酶的药物的发现。

另外，2022年8月18日，西湖大学施一公团队在Science 在线发表题为“Cryo-EM structure of the human IgM B cell receptor”的研究论文，该研究报告了静息状态下人免疫球蛋白 M (IgM)-BCR 的 3.3 埃冷冻电子显微镜结构。 IgM-BCR 包含两条重链、两条轻链和 Igα/Igβ 异二聚体。 重链的胞外域与 Igα/Igβ 的胞外域紧密堆叠，其中一条重链锁定在近膜区域的 Igα 和 Igβ 之间。细胞外相互作用可能决定 BCR 的同种型特异性。IgM-BCR 的跨膜螺旋形成一个四螺旋束，在所有 BCR 同种型中似乎是保守的。该结构在 IgM-BCR 胞外域上包含 14 个糖基化位点，并揭示了三个潜在的表面结合位点。总之，该研究工作揭示了 BCR 的组织原则，并可能有助于设计基于抗体的疗法。

2022年6月14日，西湖大学施一公及占谢超共同通讯Molecular Cell 在线发表题为“Mechanism of exon ligation by human spliceosome”的研究论文，该研究报告了两个中间人剪接体复合物 pre-C∗-I 和 pre-C∗-II 的冷冻电子显微镜结构，两者均为 3.6 Å。连同关于人类 C 和 C* 复合物的信息，该研究概括了 C-to-C* 转换的分子编排，揭示了外显子连接的机制见解。

2022年6月10日，西湖大学施一公团队在Science 在线发表题为“Structure of the cytoplasmic ring of the Xenopus laevis nuclear pore complex”的研究论文，该研究以 3.7 至 4.7 Å的分辨率对非洲爪蟾 NPC 的细胞质环 (CR) 亚基进行了单粒子冷冻电子显微镜重建。结构分析揭示了 Nup93、Nup205 和 Nup358 如何促进和加强主要由两层 Y 复合物形成的 CR 支架的组装。

2022年3月18日，西湖大学施一公及黄高兴宇共同通讯在Cell Research 在线发表题为“Cryo-EM structure of the inner ring from the Xenopus laevis nuclear pore complex”的研究论文，该研究展示了非洲爪蟾 NPC 内环 (IR) 亚基的单粒子冷冻电子显微镜结构，平均分辨率为 4.2 Å。 总之，该研究结构揭示了脊椎动物 NPC IR 亚基组装的分子基础。

2022年3月17日，清华大学施一公及周瑞共同通讯在PNAS 在线发表题为“Modulation of amyloid precursor protein cleavage by γ-secretase activating protein through phase separation”的研究论文，该研究证明 GSAP的 16 kDa C 末端片段 (GSAP-16K) 在体外经历相分离并在细胞中形成点状凝聚物。 这些发现从机制上解释了 GSAP 介导的 γ-分泌酶活性调节，这可能对潜在疗法的开发产生影响。

2022年2月17日，西湖大学施一公及黄高兴宇共同通讯在Cell Research 在线发表题为“Cryo-EM structure of the nuclear ring from Xenopus laevis nuclear pore complex”的研究论文，该研究展示了非洲爪蟾 NPC 核环 (NR) 亚基的单粒子冷冻 EM 结构，平均分辨率为 5.6 Å。 连同其他结构信息，生成了包括 NR、IR 和 CR 的中心环支架的复合原子模型。IR 主要通过 Nup155 连接到两个外环。该模型有助于对脊椎动物 NPC 的功能理解。

γ-分泌酶复合物可切割多种I型跨膜(TM)蛋白，以淀粉样前体蛋白(APP)和Notch蛋白为例。APP最初被β-分泌酶切割产生羧基端99残基片段，称为APP- C99，然后被γ-分泌酶连续切割，释放出不同长度的APP胞内结构域(AICD)和β-淀粉样肽(Aβ)。相对较长的Aβ容易在大脑中形成低聚物和淀粉样斑块。

淀粉样斑块的积累是AD的一个标志。抑制γ-分泌酶活性已被用于AD的治疗。然而，到目前为止，这一策略尚未显示出益处；更糟糕的是，在临床试验中观察到严重的副作用。副作用可能部分归因于非特异性抑制γ-分泌酶对其他底物的切割，特别是Notch，它在发育和细胞命运的决定中起着至关重要的作用。在Notch上选择性抑制APP的γ-分泌酶切割被认为可以减轻副作用。然而，APP和Notch以类似的方式结合γ-分泌酶，使底物选择性γ-分泌酶抑制剂(GSIs)的设计复杂化。

MRK-560是一种PS1选择性γ-分泌酶抑制剂（图源自Nature Communications ）

不同的抑制γ-分泌酶切割不同底物的策略是针对其成分的不同异构体。γ-分泌酶复合体由APH-1, Pen-2, nicastrin和催化亚基早老素组成。人的早老素主要有两种异构体PS1/PS2和三个异构体APH-1，即APH-1aL/aS/b。含有不同亚型的γ-分泌酶在体内显示出不同的蛋白水解活性和亚细胞定位。PS1复合体(含PS1的γ-分泌酶的简称)对Aβ的产生具有更强的催化活性，这在细胞基础实验和PS1/PS2敲除小鼠中都可见到。PS1-和PS2复合物分别贡献约80%和20%的Aβ产物。有趣的是，它们释放的AICD和Notch胞内结构域(NICD)几乎相等。

PS1携带超过80%的AD致病性突变，PS2和APP携带其余的已识别突变(https://www.alzforum.org/mutations/)。PS1选择性抑制剂靶向PS1突变体对APP的异常切割，因此可能作为治疗具有PS1致病突变的AD患者的候选药物。这样，Notch信号可能通过PS2的切割被保留。

在PS1复合体中观察到MRK-560，而在PS2中没有（图源自Nature Communications ）

小分子化合物N-[顺-4-[(4-氯苯基)磺酰基]-4-(2,5-二氟苯基)环己基]-1,1,1-三氟甲磺酰胺(MRK-560)是PS1选择性GSI，对PS1复合物的抑制比PS2高37倍。MRK-560会减少大脑中Aβ的产生。重要的是，它不会在野生型(WT)小鼠模型中诱发Notch相关的副作用。在这项工作中，测定了MRK-560处理过的PS1/PS2复合物的冷冻电镜结构，以阐明MRK-560亚型特异性的分子基础。

PS1特异性识别MRK-560（图源自Nature Communications ）

MRK-560占据PS1的底物结合位点，但在PS2中不可见。结构比较发现，PS1中的Thr281和Leu282是MRK-560亚型依赖性敏感性的决定因素，PS1和PS2之间的交换实验证实了这一点。通过揭示早老素的亚型选择性抑制机制，该研究工作可能有助于未来靶向γ-分泌酶的药物的发现。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-33817-5