LILRB3

在秀丽隐杆线虫(C. elegans)中，程序性细胞死亡的开始以CED-3的激活为标志，这一过程需要CED-4凋亡体的组装。活化的CED-3与CED-4凋亡小体形成全酶，切割多种底物，导致不可逆的细胞死亡。尽管经过数十年的研究，CED-4促进CED-3激活的潜在机制仍然难以捉摸。2023年7月4日，清华大学/西湖大学施一公团队在Life Science Alliance在线发表题为“Structural insights into CED-3 activation”的研究论文，该研究组装了不同的CED-4/CED-3复合物来模拟CED-3的顺序激活阶段，并确定了它们的冷冻电镜结构。除了先前报道的晶体结构中的八聚体外，CED-4单独或与CED-3复合物以多种寡聚态存在。在生化分析的支持下，该研究发现保守的CARD-CARD相互作用促进了CED-3的激活，并且程序性细胞死亡的启动受到CED-4凋亡的动态组织的调节。另外，2023年4月29日，西湖大学施一公团队在Bioelectrochemistry在线发表题为“Analysis of electromagnetic response of cells and lipid membranes using a model-free method ”的研究论文，该研究开发了一种无模型方法，用于分析细胞和脂质膜的电磁响应。105-106Hz的能量储存和107-109Hz的能量吸收增强可能会影响与细胞功能相关的某些膜活性。2023年4月6日，西湖大学施一公团队在Molecular Cell（IF=19）在线发表题为“Structural basis of pre-tRNA intron removal by human tRNA splicing endonuclease”的研究论文，该研究揭示了人tRNA剪接核酸内切酶去除tRNA前体内含子的结构基础。该结构揭示了TSEN pre-tRNA裂解的分子尺机制。2023年2月17日，西湖大学施一公及张晓峰共同通讯在Nature Communications在线发表题为“Mechanisms of the RNA helicases DDX42 and DDX46 in human U2 snRNP assembly”的研究论文，该研究揭示了人U2 snRNP 组装中RNA解旋酶DDX42和DDX46的作用机制。这些发现揭示了DDX42和DDX46在17S U2 snRNP组装中的不同作用，并为SF3B1癌症突变的机制提供了见解。2023年1月13日，西湖大学施一公、黄高兴宇及曾超共同通讯在Current Opinion in Structural Biology在线发表题为“Structure of the nuclear pore complex goes atomic”的综述文章，该综述总结了最近在破译NPC分子细节方面的进展，这些进展在快速发展的冷冻电镜技术、X射线晶体学和机器学习支持的结构预测方面得到了极大的进展。此外，在细胞冷冻电子断层扫描(cryo-ET)结构揭示了NPC的实质性结构动力学。这些进步使NPC大的组织原则和职能更加清晰。2023年1月2日，西湖大学施一公团队在Cell Research（IF=46）在线发表题为“LilrB3 is a putative cell surface receptor of APOE4”的研究论文，该研究表明LilrB3是APOE4的假定细胞表面受体。该研究确定LilrB3可能是APOE4的免疫细胞表面受体，而不是APOE2，这可能有助于理解APOE亚型的生物学功能和疾病相关性。程序性细胞死亡(PCD)，也称为细胞凋亡，在后生动物中是保守的，在多细胞生物的发育和维持体内平衡中起着重要作用。细胞凋亡的执行以被称为半胱天冬酶的细胞杀伤蛋白酶的激活为特征，它包括启动剂和效应半胱天冬酶。启动半胱天冬酶可被凋亡细胞等蛋白质机制激活，而效应半胱天冬酶可被启动半胱天冬酶直接切割和激活。保守的凋亡通路最早在秀丽隐杆线虫中被发现，其中CED-3(细胞死亡异常，CED)是唯一的caspase。CED-3作为无活性酶原合成；其激活需要与CED-4细胞凋亡相关。在非凋亡条件下，二聚体CED-4被Bcl-2家族成员CED-9隔离。在发育过程中，秀丽隐杆线虫的131个细胞在特定的时间和特定的位置被编程死亡，在成虫中产生959个细胞。为了启动细胞死亡，EGL-1被转录激活并特异性地与CED-9结合。EGL-1与CED-9的结合诱导后者的构象改变，使其与CED-4的相互作用不相容。释放的CED-4二聚体寡聚形成功能性凋亡体。八聚体CED-4凋亡小体的晶体结构呈不对称二聚的四聚体，呈漏斗状结构，其中8个caspase募集结构域(CARDs)在窄端形成两层四聚体环，核苷酸结合寡聚化结构域(NOD)包围一个更大的环。CED-4凋亡体的冷冻电镜结构（图源自Life Science Alliance ）在CED-4凋亡小体存在的情况下，CED-3在多个位点发生自裂，导致CARD结构域和催化结构域分离，后者包括大亚基和小亚基。冷冻电镜初步分析表明，CED-3的催化结构域被安置在CED-4细胞凋亡的巢中。CED-3的L2 '环(389-406残基)肽与CED-4凋亡细胞结合的晶体结构揭示了CED-3催化结构域与CED-4之间的特异性相互作用。然而，CED-3和CED-4之间保守的CARD-CARD相互作用的作用尚不清楚。CED-3活化和活性调控的工作模型（图源自Life Science Alliance ）为了进一步了解CED-4对CED-3的激活机制，该研究组装了不同的CED-4/CED-3复合物来模拟CED-3的顺序激活阶段，并确定了它们的冷冻电镜结构。CED-4和CED-3之间的CARD-CARD相互作用在全酶的结构中得到了彻底的表征。出乎意料的是，该研究观察到CED-4凋亡小体和CED-4/CED-3复合物的多种低聚状态，这为CED-4促进CED-3活化的机制提供了前所未有的见解。文章来源“iNature”责编|文竞择校对|文竞择End 往期精选 围观历史性突破！不需卵子和精子就可以合成人类胚胎 热文 富豪用儿子血浆“回春”科学吗？Science：血液牛磺酸缺乏驱动衰老 热文 世界首例！35岁的她，通过机器人操刀移植的子宫，成功诞下宝宝 热文‍为了避免心脏骤停，53岁的他成为“第一个”植入开创性除颤器的心脏病患者 热文 首次披露！175家生物制药公司的薪资数据：薪资中位数达20万美元 点击“阅读原文”，了解更多~

陈椰林团队的这项研究成果从另一个角度阐释了APOE2和APOE4功能上的差异，让我们对APOE与阿尔茨海默病之间的关系有了新的认知。 值得一提的是，这个研究也是首次将家族性阿尔茨海默病的风险基因 众所周知，载脂蛋白E（APOE）是阿尔茨海默病最大的遗传风险因素。 APOE有三个亚型，分别是APOE2、APOE3和APOE4。这三个亚型仅在第112、158位两个氨基酸位置上存在不同，但是与阿尔茨海默病的关系却有天壤之别[1,2]。 三个APOE亚型的差异 与纯合APOE3相比，杂合APOE2/3与患阿尔茨海默病风险降低61%相关，纯合APOE2与患阿尔茨海默病风险降低87%相关[1]；杂合APOE2/4与患阿尔茨海默病风险升高1.64倍相关，杂合APOE3/4与患阿尔茨海默病风险升高2.63倍相关，而纯合APOE4则与患阿尔茨海默病风险升高近14倍相关[2]，简直高到离谱！ 不难看出，与常见的APOE3相比，仅一个氨基酸之差的APOE2可以预防阿尔茨海默病，同样仅一个氨基酸之差的APOE4则是强烈的阿尔茨海默病驱动因素。 你肯定和我一样想知道这究竟是为什么。 前不久，西湖大学施一公团队在小胶质细胞表面找到了APOE4的特异性受体LilrB3，APOE4与LilrB3特异性结合后，可激活小胶质细胞，使其转为促炎状态；有意思的是，LilrB3几乎不与APOE2结合[3]。 就在我以为这是APOE三兄弟存在巨大差异的全部原因的时候，中国科学院上海有机化学研究所陈椰林/耿泱团队，在《细胞》著名子刊《神经元》杂志发表重磅研究成果告诉我：真相远不止如此。 他们首次发现，APOE可以通过其保守的C-末端区域（CT），以底物特异性的方式抑制γ-分泌酶（剪切淀粉样前体蛋白[APP]，产生Aβ的关键酶）的活性[4]。 有趣的是，APOE三兄弟对γ-分泌酶的抑制活性存在差异，表现为APOE2＞APOE3＞APOE4，而这刚好跟它们与阿尔茨海默病风险关系相反。因此，这个研究在一定程度上也能解释APOE不同亚型与阿尔茨海默病之间的关系。中国科学院上海有机化学研究所侯祥龙和张雪馨为论文的共同第一作者。 论文首页截图 为了研究APOE三兄弟与阿尔茨海默病风险关系的差异，陈椰林团队先对人脑样本进行了免疫荧光染色，以确认APOE存在的位置。 染色结果与之前的研究保持了一致，在神经元和胶质细胞中都检测到了APOE。重要的是，免疫染色显示，内源性APOE和APP在人类皮质神经元中共存，而且二者的荧光信号存在重叠。 神经元中存在APOE，而且APOE与APP共定位 APOE与APP共定位让陈椰林团队意识到，APOE对神经元自主剪切APP可能有一定的影响。 为了证实这一猜想，他们在神经元细胞系（N2A）和HEK 293T细胞中共表达APP和APOE，并将APP的非淀粉样蛋白源性裂解产物α-C末端片段（α-CTF）作为标志物。如果共表达细胞产生的α-CTF较多，就意味着“毒蛋白”β淀粉样蛋白（Aβ）的产生会减少。 从实验结果来看，在N2A和HEK 293T细胞中，与GFP与APP共表达相比，APOE2或APOE3与APP的共同表达明显增加了α-CTF的水平。值得注意的是，APOE2与APP的共同表达显著减少了总Aβ40的产生。不过，与对照组相比，APOE4和APP的共同表达未能改变α-CTF和Aβ40。 不难看出，APOE确实在调节APP的剪切，而且APOE2确实抑制了Aβ40的产生。 APOE对APP剪切的影响 问题又来了，究竟是APOE的那个部分在调控APP的剪切呢？ 陈椰林团队先从APOE2入手，发现起关键作用的是APOE的C-末端区域（CT），而不是存在差异的N-末端区域（NT）。从实验结果来看，共表达APOE-CT和APP后，细胞培养基中的Aβ40减少了约75%，细胞裂解液中Aβ40减少了约42%，Aβ42减少了约74%，但Aβ42/Aβ40的比例没有变化。 值得注意的是，与APOE2相比，APOE-CT进一步增加了α-CTF水平，表明APOE-CT比全长APOE2更具活性，而且APOE的NT区可能在某种程度上阻碍了这种活性。此外，他们还注意到，只有细胞内的APOE有这一作用，在培养基中添加APOE则没有这个效果。这也说明，是细胞内源性APOE在调节APP的剪切。 APOE-CT的超能力 那APOE蛋白在细胞内又是如何调节APP剪切的呢？ 经过一系列复杂的实验，陈椰林团队发现APOE2和APOE-CT能与APP、γ-分泌酶和α-分泌酶相互作用，而不与BACE1相互作用。 从机制上看，APOE-CT能抑制γ-分泌酶的剪切作用，而不直接调节α或β-剪切作用。此外，γ-分泌酶是APOE-CT增加α-CTF水平所必需的，且APOE-CT对γ-分泌酶的抑制作用是具有底物特异性的，不影响γ-分泌酶对其他蛋白的γ-剪切。 结合前面的研究成果，我们可以发现，APOE2保留了较强的γ-分泌酶抑制活性，而APOE4可能完全丢失这一活性。遗憾的是，这个研究并没有告诉我们：为何两两之间相差一两个氨基酸的APOE两兄弟，在抑制γ-分泌酶活性方面存在这么大的差异。 潜在机制示意图 总的来说，陈椰林团队的这项研究成果从另一个角度阐释了APOE2和APOE4功能上的差异，让我们对APOE与阿尔茨海默病之间的关系有了新的认知。 值得一提的是，这个研究也是首次将家族性阿尔茨海默病的风险基因（编码γ-分泌酶）与散发性阿尔茨海默病联系在一起，提示APP的γ酶切异常是所有阿尔茨海默病的共同致病原因。 参考文献： [1].Reiman EM, Arboleda-Velasquez JF, Quiroz YT, et al. Exceptionally low likelihood of Alzheimer's dementia in APOE2 homozygotes from a 5,000-person neuropathological study. Nat Commun. 2020;11(1):667. Published 2020 Feb 3. doi:10.1038/s41467-019-14279-8 [2].Yamazaki Y, Zhao N, Caulfield TR, Liu CC, Bu G. Apolipoprotein E and Alzheimer disease: pathobiology and targeting strategies. Nat Rev Neurol. 2019 Sep;15(9):501-518. doi: 10.1038/s41582-019-0228-7. Epub 2019 Jul 31. PMID: 31367008; PMCID: PMC7055192. [3].Zhou J, Wang Y, Huang G, et al. LilrB3 is a putative cell surface receptor of APOE4. Cell Res. 2023;33(2):116-130. doi:10.1038/s41422-022-00759-y [4].Hou X, Zhang X, Zou H, et al. Differential and substrate-specific inhibition of γ-secretase by the C-terminal region of ApoE2, ApoE3, and ApoE4. Neuron. 2023;S0896-6273(23)00220-9. doi:10.1016/j.neuron.2023.03.024

载脂蛋白E基因产物载脂蛋白E在脂代谢、免疫调节和神经学中起着关键作用。 载脂蛋白E基因产物载脂蛋白E在脂代谢、免疫调节和神经学中起着关键作用。三个最常见的载脂蛋白E等位基因ε2、ε3和ε4对应于三种蛋白质亚型：载脂蛋白2、载脂蛋白3和载脂蛋白4，它们只在第112和158位氨基酸上存在差异。作为主要的脂质载体之一，APOE将脂质转运到细胞和组织中，并调节血脂水平。 与其在脂质代谢中的功能一致，APOE与许多细胞表面受体具有高亲和力，包括低密度脂蛋白受体和HSPG受体。与APOE3(Cys112/Arg158)或APOE4(Arg112/Arg158)相比，APOE2(Cys112/Cys158)与低密度脂蛋白受体的结合较弱，与III型高脂蛋白血症的隐性形式有关。 图片来源: https://doi.org/10.1038/s41422-022-00759-y 近日，来自西湖大学的研究者们在Cell Research杂志上发表了题为“LilrB3 is a putative cell surface receptor of APOE4”的文章，该研究揭示了LilrB3可能是载脂蛋白4的细胞表面受体。 载脂蛋白E的三种异构体(APOE2、APOE3和APOE4)只在两个氨基酸位置上有所不同，但发挥着截然不同的免疫调节作用。这种载脂蛋白E异构体依赖的潜在机制仍然是个谜。 在本研究中，研究者证明了APOE4，而不是APOE2，与白细胞免疫球蛋白样受体B3(LilrB3)特异性地相互作用。LilrB3胞外区(ECD)的两个离散的免疫球蛋白样结构域识别APOE4的N-末端结构域(NTD)上的正电荷表面补丁。原子结构揭示了两个APOE4分子是如何与两个LilrB3分子特异性结合的，通过形成异四聚体复合体使它们的细胞内信号基序接近。 与本研究的生化和结构分析一致，APOE4，而不是APOE2，以LilrB3依赖的方式激活人小胶质细胞(HMC3)进入促炎状态。总之，本研究确认LilrB3可能是APOE4的免疫细胞表面受体，而不是APOE2，这可能对理解APOE亚型的生物学功能以及与疾病的相关性有一定的意义。 LilrB3消融的HMC3细胞对APOE4不再有反应 图片来源: https://doi.org/10.1038/s41422-022-00759-y 总之，LilrB3已被确定为APOE4的特异性细胞表面受体，但不是APOE2。这种特定的配体-受体识别的结构基础已经被阐明。LilrB3与APOE4结合，而不是APOE2结合，触发以激活干扰素反应为特征的小胶质细胞HMC3的激活。这些实验结果揭示了载脂蛋白E亚型依赖的功能和疾病的线索。（生物谷 Bioon.com） 参考文献 Jiayao Zhou et al. LilrB3 is a putative cell surface receptor of APOE4. Cell Res. 2023 Feb;33(2):116-130. doi: 10.1038/s41422-022-00759-y.