【Nature子刊】施一公团队再突破!新研究或有助于开发靶向γ-分泌酶药物
导读 | 抑制γ分泌酶活性是阿尔茨海默病(AD)的潜在治疗策略。MRK-560是一种选择性抑制剂,对PS1的效力高于PS2,PS2是γ分泌酶催化亚基的两种亚型,尽管如此,其潜在机制仍然难以捉摸。 |
2022年10月22日,西湖大学施一公及清华大学周瑞共同通讯在线发布了研究论文。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。
https://www.nature.com/articles/s41467-022-33817-5
抑制γ-分泌酶活性策略显示严重副作用
01
γ-分泌酶复合物可切割多种I型跨膜蛋白,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与PS1之间存在优先关联
02
MRK-560 是一种用于 PS1 和 PS2 的同种型选择性抑制剂,为了验证MRK-560的抑制作用,研究团队使用纯化的PS1或PS2复合物重建了体外裂解测定。Aβ40(不同长度的 Aβs 中的主要裂解产物)和 AICD(其裂解反映了γ分泌酶的内肽酶活性)的产生分别用 AlphaLISA 和蛋白质印迹进行测量。
与先前的研究一致,MRK-560显示出对PS1复合物的更有效抑制。集成电路PS1或PS2复合物的MRK-560估计分别为33±2 nM或173±24 nM。在200 nM MRK-560存在下,PS1复合物产生的AICD被完全抑制。相比之下,即使在存在10μM MRK-560的情况下,PS2复合物产生的AICD仍然可以检测到。
在MRK-560结合时,与无配体状态相比,PS1经历了实质性的构象变化。与其他报告的 GSI 类似MRK-560结合诱导两条β的形成和PAL环的运动。TM6之后的胞质序列折叠到TM6a,TM6a通过柔性连接子连接到TM6并向抑制剂结合位点弯曲。PS2M采用与apo复合物几乎相同的构象,缺乏抗平行β片和TM6a的延伸特征。平行结构分析表明,与PS2相比,MRK-560与PS1之间存在优先关联。
接下来,研究人员检查了结构以确定MRK-560同种型选择性的分子基础。MRK-560与PS1的Asp385,Leu432和Leu282形成三个氢键(H键)。其中,Asp385是PS1的催化残基之一,Leu432先于PAL基序,Leu282位于PS1的TM6a和β1之间的中间回路。MRK-560的二氟苄基(DFB)和三氟甲磺酰胺(TFMS)基团与Val272,Thr281,Lys380,Gly382,Ala431和Pro433相互作用,氯苯基(CP)基团与Val379,Leu381,Leu418,Thr421,Leu422和Ala434的侧链相互作用。
为了研究这两个残基是否负责对MRK-560的亚型依赖性敏感性,研究人员生成了PS1和PS2变体,在这两个位置交换了残基,并检查了它们对MRK-560抑制的反应。共生成了六个变体,包括PS1中的Thr281 / Leu282与PS2中的Pro287 / Ile288的单残差交换和双残留物交换。在体外裂解测定中检查MRK-560对六种含有PS1 / PS2突变体的复合物的反应,每种复合物纯化至均一性。
研究意义
03
研究表明,MRK-560会减少大脑中Aβ的产生。重要的是,它不会在野生型小鼠模型中诱发Notch相关的副作用。在这项工作中,研究人员测定了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。
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。(转化医学网360zhyx.com)
参考资料:
https://www.nature.com/articles/s41467-022-33817-5
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。
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