12月19日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授施一公帶領(lǐng)其研究組在《自然》雜志以研究長文（Research Article）的形式發(fā)表了題為《早老素家族天冬氨酸膜整合蛋白酶的結(jié)構(gòu)》（Structure of a presenilin family intramembrane aspartate protease）的研究論文，報道了人的早老素蛋白（presenilin） 在古細菌Methanoculleus marisnigri JR1中同源蛋白PSH的晶體結(jié)構(gòu)。清華生命科學(xué)學(xué)院博士研究生李曉淳和黨尚宇為文章的共同*作者，生命科學(xué)學(xué)院王佳偉博士參與合作。
阿茲海默癥（Alzheimer disease，AD），又稱老年癡呆癥，是一種致死性神經(jīng)退行性疾病。該病多發(fā)于65歲以上的老人，然而也有少見的早發(fā)性阿茲海默癥（Early-onset AD）病患會提早發(fā)病。隨著人口的老齡化，AD的發(fā)病率逐年上升，在2006年，*約有兩千六百萬AD病患，到2050年時估計每85人就有1人罹患該病。阿茲海默癥患者臨床表現(xiàn)為逐漸嚴重的認知障礙，對患者及家庭都會造成嚴重的影響。在發(fā)達國家中，阿茲海默癥是社會中花費zui高的疾病之一，而對于該病，現(xiàn)在仍沒有較好的治療方法。目前研究認為，阿茲海默癥是由于g-secretase活性中心蛋白早老素（presenilin）發(fā)生突變，從而導(dǎo)致其對底物淀粉樣前體蛋白（APP）的酶切位點發(fā)生改變，形成更容易在大腦中沉積的b淀粉樣蛋白（Ab）導(dǎo)致的。因此，對g-secretase活性中心蛋白早老素的晶體學(xué)研究，能夠幫助人們更清楚地了解阿茲海默癥的發(fā)病機理，進而為治愈阿茲海默癥提供理論依據(jù)。
施一公教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組一直以來將g-secretase及其同源蛋白的結(jié)構(gòu)與功能作為主要研究方向。經(jīng)過多年努力，他們今年獲得了早老素在古細菌中同源蛋白PSH的結(jié)構(gòu)。PSH與人源早老素蛋白有著高達50%的序列相似性，進化上高度保守。PSH蛋白三維晶體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出全新的“presenilin fold”折疊方式。該蛋白由9個跨膜螺旋組成，穿膜螺旋1-6形成N端結(jié)構(gòu)域（NTD），7-9形成C端結(jié)構(gòu)域（CTD）；兩個催化殘基天冬氨酸（D162和D220）分別位于穿膜螺旋6和7上，并且包埋在膜內(nèi)。通過結(jié)構(gòu)分析，并且結(jié)合之前相關(guān)的生化研究結(jié)果，研究組提出了底物以及水分子進入PSH的通道模型。之后，研究組又基于序列的高度保守性，利用計算機同源建模，搭建了人源早老素蛋白的三維結(jié)構(gòu)。根據(jù)該模型，進一步對引發(fā)阿茲海默癥相關(guān)早老素突變殘基進行了生化研究。
這一研究是施一公教授繼2006年和2007年在《自然－結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)》（Nature Structural & Molecular Biology）和《科學(xué)》（Science）分別發(fā)表Rhomboid和Site-2 protease兩個家族的膜整合蛋白酶的晶體結(jié)構(gòu)之后，對zui后一個家族，天冬氨酸膜整合蛋白酶的重要結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究成果，推近了人們對阿茲海默癥致病機理的認識和理解，也為之后基于晶體結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計和篩選打下了良好的基礎(chǔ)。
