新气象！龙年施一公团队合作首篇文章

2024年2月12日，堪萨斯大学Michael S. Wolfe及清华大学/西湖大学施一公等多团队合作在Cell Reports 在线发表题为“Familial Alzheimer mutations stabilize synaptotoxic γ-secretase-substrate complexes”的研究论文，该研究发现FAD突变破坏了γ-分泌酶在APP底物C99多步骤加工中的初始蛋白水解事件。冷冻电子显微镜显示，在过渡状态下，底物模拟物捕获了γ-分泌酶，这种结构与分子动力学模拟捕获的活化酶-底物复合物一致。总的来说，这些发现暗示了在FAD发病机制中，γ-分泌酶裂解底物的停滞过程，而不是产物。

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(24)00089-5#%20

研究背景

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淀粉样蛋白前体蛋白(APP)与家族性阿尔茨海默病(FAD)相关的显性错义突变的发现，导致1991年阿尔茨海默病发病机制的淀粉样蛋白假说的最初形成，该假说假设分泌的淀粉样β (Aβ)肽聚集，特别是Aβ42，导致一系列事件，最终导致神经变性和痴呆。随后的研究发现，早老素是FAD突变的位点，改变了Aβ的产生，对APP的γ-分泌酶加工成Aβ至关重要，并且包含γ-分泌酶复合物的催化成分，为淀粉样蛋白假说提供了强有力的支持。然而，神经毒性Aβ的组装状态和相关信号通路仍不清楚，针对Aβ或其聚集体的临床候选药物在预防或治疗阿尔茨海默病方面显示出很少或没有益处，尽管最近批准了抗Aβ单克隆抗体，但仍引起了对Aβ作为疾病过程主要驱动因素的怀疑。

研究进展

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为了量化WT和fad突变体γ-分泌酶复合物裂解过程中每个小肽副产物的产量，我们在“轻”(12C/14N)或“重”(13C/15N)同位素标记的条件下，在大肠杆菌中表达并纯化了基于app的重组底物C100-FLAG。轻底物与WT γ-分泌酶孵育，同时，重底物与fad突变型蛋白酶孵育。这允许随后将等体积的WT和fad突变酶反应混合物混合，并通过液相色谱耦合串联质谱(LC-MS/MS)检测和直接比较各自反应的三肽和四肽蛋白水解副产物。

首先用纯化的合成肽建立标准曲线，然后用轻、重底物进行1:1混合酶反应，对这些小肽中最丰富的三个片段离子进行定量。WT γ-分泌酶将轻、重C100-FLAG底物与WT γ-secretase分别孵育，然后在LC-MS/MS分析前将两种样品混合，验证该方法，获得等量的轻、重三肽和四肽副产物。当WT γ-分泌酶与不同FAD突变酶反应混合时，在LC-MS/MS运行中也产生一致水平的每种肽，为测量FAD突变的影响提供了内部标准化。

过渡态γ-分泌酶E-S复合物的结构及其对FAD PSEN1突变的影响

研究意义

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虽然本研究结果表明停滞的E-S复合体是FAD发病机制的触发因素，但他们没有解决停滞的复合体是通过减少关键γ-分泌酶底物的蛋白水解(与早老素假说一致)还是通过停滞的复合体本身的毒性功能获得。然而，通过无义介导的衰变导致功能丧失的PSEN1显性突变与显性遗传性皮肤病相关，而与神经变性无关，这提示停滞的E-S复合物本身可能通过获得毒性功能引发神经变性。

考虑到这些发现与散发性迟发性阿尔茨海默病的可能相关性，研究人员推测，与底物结合的γ-分泌酶停滞可能引发了这种最常见的疾病形式，这可能是衰老大脑中膜组成和性质(如厚度、流动性)改变的结果。无论如何，稳定的γ-分泌酶E-S复合体在FAD发病机制中的关键作用，对发现这种罕见遗传形式的疾病的药物具有意义，这提示寻找停滞的复合体的刺激物，以纠正功能障碍的蛋白水解是值得的。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(24)00089-5#%20

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。