今天小编分享的教育经验：PNAS：施一公团队龙年第二篇论文，欢迎阅读。
2024 年 2 月 21 日，清华大学 / 西湖大学施一公团队在PNAS 在线发表题为 "Dark and Dronc activation in Drosophila melanogaster" 的研究论文，该研究报道了一个自抑制的 Dark 单体和一个单层的多聚体 Dark/Dronc 复合物的冷冻电镜结构。
生化分析表明自动抑制的 Dark 在与 Dronc 结合时发生寡聚，这足以激活 Dark 和 Dronc。相反，先前观察到的双环 DARK 细胞凋亡可能代表一种非功能性或 " 通路外 " 构象。这些发现扩大了对果蝇细胞凋亡分子机制的认识。
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。在硅模拟和在纤维素荧光显微镜支持稳定酶 - 底物复合物的 FAD 突变。秀丽隐杆线虫中 C99 和 / 或早老素 -1 的神经元表达仅在 FAD 突变的转基因中导致突触丢失。设计的稳定酶 - 底物复合物和阻断 A β 产生的突变同样导致突触丧失。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。
细胞凋亡在后生动物中是必不可少的。保守的细胞凋亡调控途径已经在一些模式生物中被描述出来，包括秀丽隐杆线虫、黑腹果蝇和哺乳动物。一般来说，细胞凋亡的发生涉及启动物和效应物 caspases 的级联蛋白水解激活。启动物 caspases 的自催化激活需要一个多聚体的 adaptor 复合物。通常被称为凋亡体。效应半胱天冬酶通过启动物半胱天冬酶的直接蛋白水解裂解被激活。
在黑腹果蝇中，启动物 caspase Dronc 被果蝇凋亡抑制剂 ( DIAP ) 介导的泛素化抑制。在凋亡刺激下，DIAP 被促凋亡蛋白 Reaper、Hid 和 Grim ( RHG ) 拮抗。通过各自的 caspase 募集網域 ( CARDs ) 之间的保守相互作用，在 Dark 的促进下，Dronc 经历了自催化裂解。与哺乳动物启动物 caspase-9 不同，caspase-9 仍然与 Apaf-1 凋亡体相关，作为全酶发挥作用，激活的 Dronc 与 Dark 凋亡体分离，并自主切割下游效应 caspase DrICE。
自抑制 Dark ( D333A ) 单体的冷冻电镜结构（图源自 PNAS ）
在非凋亡条件下，Dark 作为一种自抑制单体存在。与哺乳动物同源蛋白 Apaf-1 不同，它需要 dATP 和细胞色素 c ( Cyt c ) 进行寡聚，而 Dark 激活不依赖于 Cyt c。在 dATP 存在的情况下，16 个 Dark 原体组装成一个双环复合物，这是 Dark 凋亡体的冷冻电镜结构所揭示的。体外生化研究表明，即使在没有外源核苷酸的情况下，Dronc-CARD 或全长 ( FL ) Dronc 酶原也足以诱导暗寡聚化以激活 Dronc。
有趣的是，Dark 与 Dronc-CARD 结合的复合体也以双环的形式存在，16 个 CARD 被两个 Dark 环夹在中间，每个圆环包含 8 个 Dark 原体。此外，据报道，在激活后，Dark 和 Dronc 形成了一个单一的环，尽管其结构仍有待阐明。尽管取得了这些进展，但 Dark 和 Dronc 被激活的分子机制仍然知之甚少。特别是，Dark 和 Dark/Dronc-CARD 双环的功能尚不清楚。
Dark 的工作模型促进了 Dronc 的激活（图源自 PNAS ）
为了解决这些问题，该研究解决了自动抑制的 Dark 的结构，并推断其与低聚物 Dark 的比较可以解释在 Dronc-CARD 或 FL-Dronc 存在时 dATP 对于 Dark 寡聚化的可调性。研究人员还测定了 FL-Dronc 存在下的 Dark 的结构，以了解 Dark 促进 Dronc 激活的分子基础。
通过结构分析，该研究发现与 Dark 寡聚化相关的构象变化与 Apaf-1 相似。Dark 在 FL-Dronc 的存在下组装成一个未密封的环，很像螺旋。生化研究表明，先前表征的双环 Dark 细胞凋亡可能代表一种通路外状态。Dark 和 Dronc 之间的相互作用本身就足以激活两种蛋白质。这些发现既证明了进化保守，也证明了不同生物体中细胞凋亡的关键偏差。
参考消息：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2312784121
