清华大学生科院施一公教授新年第一篇《PNAS》文章

　　三年前，清华大学生科院施一公教授研究组在PNAS杂志上发表论文，揭示出了Apaf-1凋亡体（apoptosome）激活caspase-9的分子机制，但关于Apaf-1的作用机制依然知之甚少。今年1月，这一研究组再次于PNAS发文，通过分析与caspase-9结合的Apaf-1凋亡体结构，以及在Apaf-1凋亡体存在情况下的caspase-9生化活性，进一步解析了Apaf-1的作用机制。

　　细胞凋亡是由引发剂和效应物caspase的连续激活进行的，在哺乳动物细胞中，引发剂caspase-9负责效应物caspase-3的激活，这个过程主要依赖于一个特定的多蛋白复合物。对于caspase-9来说，这个多蛋白复合物被称为凋亡体，包括凋亡蛋白酶激活因子1（Apaf-1）和细胞色素c（CytC）之间的一个异二聚体的七个拷贝。

　　一直以来，科学家们都希望能弄清楚Apaf-1凋亡体激活caspase-9的分子机制。此前施一公教授研究组发现以往报道的Apaf-1 CARD(caspase recruitment domain)结构域与caspase-9 CARD之间1:1相互作用不足以激活caspase-9。Apaf-1 CARD和caspase-9之间形成多聚复合体是caspase-9激活的基础，而三种类型的独特界面是多聚复合体形成的必要条件。而且，研究人员证实了多聚复合体上的另一个表面区域在caspase-9激活发挥必不可少的作用。

　　在此基础上，这一组研究人员进一步报道了一个凋亡全酶的冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构，并以此为指导进行了相应的生物化学分析，这些结构与生化分析结果表明，凋亡体至少能部分通过抑制性CARD结构域的螯合作用来激活caspase-9。

　　研究人员表示此前的机械研究大量依赖于在没有Apaf-1凋亡体存在的情况下改造的caspase-9，而这项研究中，他们分析了在Apaf-1凋亡体存在情况下的caspase-9活性的生物化学，结果表明Apaf-1凋亡体能通过两种方式来激活caspase-9：一种是由Caspase募集结构域(Caspase recruitment domain，CARD)介导的抑制作用，另外一种是刺激蛋白酶结构域的催化活性。

　　此外，此前施一公教授研究组还在Genes & Development上发文，通过单粒子冷冻电镜分析，在3.8 Å的原子级分辨率上，确定了一个完整的哺乳动物凋亡体Apaf-1的三维结构。

　　研究人员确定了一个完整的哺乳动物凋亡体的原子结构（3.8 Å分辨率）。结构分析连同结构引导的生化表征，揭示了细胞色素c如何通过与WD40重复的特异性相互作用，而解除Apaf-1的自动抑制。与自动抑制的Apaf-1的结构对比，揭示了dATP结合如何触发一系列的构象变化，从而导致凋亡体的形成。总而言之，这些研究结果，阐释了细胞色素c和dATP介导的Apaf-1激活的分子机制。