近日來自清華大學生命科學學院的研究人員發(fā)表了題為“Structure of a presenilin family intramembrane aspartate protease”的論文,，報告了一個presenilin/SPP家族膜內天冬氨酸蛋白酶的晶體結構，相關成果發(fā)布在12月19日的《自然》（Nature）雜志上,。
文章的通訊作者是清華大學生命科學院院長施一公教授，其研究組主要致力于運用結構生物學和生物化學的手段研究腫瘤發(fā)生和細胞凋亡的分子機制,。這是這一研究組在結構生物學研究領域取得了又一重要成果,。
受控膜內蛋白水解（Regulated intramembrane proteolysis,RIP）是近年發(fā)現一種新的信號傳導機制，即跨膜蛋白能夠在它們的跨膜區(qū)被裂解并釋放出其胞質部分,，進而進入核內控制基因的轉錄,。在從細菌到人類的廣泛生物中RIP蛋白均采用保守的模式。至今發(fā)現參與RIP的蛋白酶家族有三種,，包括金屬蛋白酶S2P(site-2 protease),；天冬氨酸蛋白酶早老素（presenilin，PS）家族和信號肽肽酶家族（SPP）,；絲氨酸蛋白酶rhomboid家族,。天冬氨酸蛋白酶PS家族的底物包括淀粉樣前體蛋白（Amyloid precursor protein,APP）和質膜受體Notch等。
神經生物學研究證明導致阿爾茨海默氏癥的重要病原之一是β- Amyloid（Aβ）多肽的積累,。Aβ來源于APP,。APP經過幾次剪切最終產生出Aβ,，其中有兩步剪切（β和γ）是在細胞膜內進行的，而執(zhí)行這種膜內剪切的蛋白是被稱為γ-secretase的膜整合蛋白酶,。與其他膜整合蛋白酶不同的是,，γ-secretase不是一個單亞基蛋白，而是由四個亞基組成,，包括Presenilin,、Aph-1、Pen-2以及Nicastrin,。 Presenilin是γ-secretase的活性位點所在亞基,，在γ-secretase復合體中發(fā)揮中心作用，當前研究已鑒別出150多種病源性presenilin突變,。
近來對于rhomboid和S2P21原核生物同源物的結構研究促進了我們對于這些膜嵌入式蛋白酶的機制理解。相比之下,，對于presenilin和SPP的詳細結構信息研究卻進展緩慢,。通過γ-secretase復合體電子顯微鏡分析、presenilin CTF核磁共振分析,，以及GXGD肽酶FlaK26的晶體結構獲得優(yōu)先結構信息未發(fā)現與presenilin/SPP有序列同源性,。
在這篇新文章中，研究人員報告了來自黑海甲烷袋狀菌JR1的presenilin/SPP同源物（PSH）的晶體結構,。這一蛋白酶包括9個跨膜區(qū)(TMs),，采用了一種從前未報告過的蛋白質折疊方式。其氨基（N）端區(qū)域,，由TM1–6構成,，形成了一種馬蹄形狀的結構，環(huán)繞著TM7–9構成的羧（C）基端區(qū)域,。兩個催化天冬氨酸殘基定位在TM6和TM7的胞質側上,，空間上相互接近。水分子通過N端和C端區(qū)域之間的一個大口袋接近催化天冬氨酸,。
通過這一結構分析,，研究人員獲得了對presenilin/SPP家族膜內蛋白酶的認識。從而為未來更深入地了解presenilin,、γ-secretase和SPP的結構和機制提供了重要的框架,。(生物谷Bioon.com)
doi:10.1038/nature11801
PMC:
PMID:
Structure of a presenilin family intramembrane aspartate protease
Xiaochun Li, Shangyu Dang, Chuangye Yan, Xinqi Gong, Jiawei Wang & Yigong Shi
Presenilin and signal peptide peptidase (SPP) are intramembrane aspartyl proteases that regulate important biological functions in eukaryotes. Mechanistic understanding of presenilin and SPP has been hampered by lack of relevant structural information. Here we report the crystal structure of a presenilin/SPP homologue (PSH) from the archaeon Methanoculleus marisnigri JR1. The protease, comprising nine transmembrane segments (TMs), adopts a previously unreported protein fold. The amino-terminal domain, consisting of TM1–6, forms a horseshoe-shaped structure, surrounding TM7–9 of the carboxy-terminal domain. The two catalytic aspartate residues are located on the cytoplasmic side of TM6 and TM7, spatially close to each other and approximately 8 Å into the lipid membrane surface. Water molecules gain constant access to the catalytic aspartates through a large cavity between the amino- and carboxy-terminal domains. Structural analysis reveals insights into the presenilin/SPP family of intramembrane proteases.
