清华大学PNAS首次报道了Nicastrin亚基高分辨率晶体结构

　　

2014年9月2日，清华大学施一公教授研究组在PNAS上发表题为“Crystal structure of the γ-secretase component nicastrin”的文章，首次揭示了γ分泌酶底物招募亚基Nicastrin胞外区的高分辨率晶体结构，为理解γ分泌酶的组装方式以及工作机制提供了重要线索。

阿尔茨海默症（老年痴呆症）致病蛋白γ分泌酶由四个亚基组成——Presenilin (PS1), Aph-1, Pen-2和Nicastrin，其中Nicastrin被认为是γ分泌酶用来招募和识别底物的。虽然γ分泌酶具有着非常重要的功能，但是此前并没有γ分泌酶以及它的任何一个亚基的原子分辨率的结构，这阻碍了人们对γ分泌酶的精细结构以及功能的认识。

施一公研究组首次报道了γ分泌酶的Nicastrin亚基的高分辨率晶体结构，该结构是由大小两个裂片通过中心的疏水相互作用组装的。底物结合区域位于大裂片上，并且该区域被来自小裂片上的一段称为盖子的区域覆盖住，从而阻止了底物的进入。通过对结构的分析并结合之前的生化研究，施一公研究组提出了Nicastrin的工作模型：当有底物靠近时，Nicastrin的大小裂片会发生相对运动，从而使得盖子区域被挪开，进而位于大裂片上的底物结合区域被暴露出来，能够对底物进行识别。

通过该高分辨率晶体结构与此前该研究组获得的γ分泌酶4.5埃分辨率电镜结构比对，他们得以首次推测并确定γ分泌酶跨膜区近20个跨膜螺旋的亚基分配，揭示出与以往推测截然不同的Pen-2新型拓扑结构，从而对γ分泌酶的组装方式以及工作机制有了新的认识。

清华大学生命科学学院在读博士生谢田和闫创业是本文的共同第一作者，其他参与此工作的同学还有周瑞、赵艳雨、孙林峰、杨光辉、卢培龙和马丹。本工作获得了科技部、国家自然科学基金委、清华-北大生命科学联合中心的经费支持。

原文摘要：

Crystal structure of the γ-secretase component nicastrin

γ-Secretase is an intramembrane protease responsible for the generation of amyloid-β (Aβ) peptides. Aberrant accumulation of Aβ leads to the formation of amyloid plaques in the brain of patients with Alzheimer's disease. Nicastrin is the putative substrate-recruiting component of the γ-secretase complex. No atomic-resolution structure had been identified on γ-secretase or any of its four components, hindering mechanistic understanding of γ-secretase function. Here we report the crystal structure of nicastrin from Dictyostelium purpureum at 1.95-Å resolution. The extracellular domain of nicastrin contains a large lobe and a small lobe. The large lobe of nicastrin, thought to be responsible for substrate recognition, associates with the small lobe through a hydrophobic pivot at the center. The putative substrate-binding pocket is shielded from the small lobe by a lid, which blocks substrate entry. These structural features suggest a working model of nicastrin function. Analysis of nicastrin structure provides insights into the assembly and architecture of the γ-secretase complex.