三年前，清華大學(xué)生科院施一公教授研究組在PNAS雜志上發(fā)表論文，揭示出了Apaf-1凋亡體（apoptosome）激活caspase-9的分子機(jī)制，但關(guān)于Apaf-1的作用機(jī)制依然知之甚少。今年1月，這一研究組再次于PNAS發(fā)文，通過分析與caspase-9結(jié)合的Apaf-1凋亡體結(jié)構(gòu)，以及在Apaf-1凋亡體存在情況下的caspase-9生化活性，進(jìn)一步解析了Apaf-1的作用機(jī)制。
細(xì)胞凋亡是由引發(fā)劑和效應(yīng)物caspase的連續(xù)激活進(jìn)行的，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，引發(fā)劑caspase-9負(fù)責(zé)效應(yīng)物caspase-3的激活，這個(gè)過程主要依賴于一個(gè)特定的多蛋白復(fù)合物。對(duì)于caspase-9來說，這個(gè)多蛋白復(fù)合物被稱為凋亡體，包括凋亡蛋白酶激活因子1（Apaf-1）和*（CytC）之間的一個(gè)異二聚體的七個(gè)拷貝。
一直以來，科學(xué)家們都希望能弄清楚Apaf-1凋亡體激活caspase-9的分子機(jī)制。此前施一公教授研究組發(fā)現(xiàn)以往報(bào)道的Apaf-1 CARD(caspase recruitment domain)結(jié)構(gòu)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之間形成多聚復(fù)合體是caspase-9激活的基礎(chǔ)，而三種類型的*界面是多聚復(fù)合體形成的必要條件。而且，研究人員證實(shí)了多聚復(fù)合體上的另一個(gè)表面區(qū)域在caspase-9激活發(fā)揮*的作用。
在此基礎(chǔ)上，這一組研究人員進(jìn)一步報(bào)道了一個(gè)凋亡全酶的冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）結(jié)構(gòu)，并以此為指導(dǎo)進(jìn)行了相應(yīng)的生物化學(xué)分析，這些結(jié)構(gòu)與生化分析結(jié)果表明，凋亡體至少能部分通過抑制性CARD結(jié)構(gòu)域的螯合作用來激活caspase-9。
研究人員表示此前的機(jī)械研究大量依賴于在沒有Apaf-1凋亡體存在的情況下改造的caspase-9，而這項(xiàng)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(xué)，結(jié)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(jié)構(gòu)域(Caspase recruitment domain，CARD)介導(dǎo)的抑制作用，另外一種是刺激蛋白酶結(jié)構(gòu)域的催化活性。
此外，此前施一公教授研究組還在Genes & Development上發(fā)文，通過單粒子冷凍電鏡分析，在3.8 Å的原子級(jí)分辨率上，確定了一個(gè)完整的哺乳動(dòng)物凋亡體Apaf-1的三維結(jié)構(gòu)。
研究人員確定了一個(gè)完整的哺乳動(dòng)物凋亡體的原子結(jié)構(gòu)（3.8 Å分辨率）。結(jié)構(gòu)分析連同結(jié)構(gòu)引導(dǎo)的生化表征，揭示了*如何通過與WD40重復(fù)的特異性相互作用，而解除Apaf-1的自動(dòng)抑制。與自動(dòng)抑制的Apaf-1的結(jié)構(gòu)對(duì)比，揭示了dATP結(jié)合如何觸發(fā)一系列的構(gòu)象變化，從而導(dǎo)致凋亡體的形成。總而言之，這些研究結(jié)果，闡釋了*和dATP介導(dǎo)的Apaf-1激活的分子機(jī)制。施一公院士Genes&Dev凋亡研究新成果
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