本报讯近日，生命学院教授施一公研究组在《基因与发育》在线发表题为《凋亡复合体原子分辨率结构：细胞色素c和dATP激活凋亡蛋白酶活化因子1的分子机制》的研究论文，报道哺乳动物凋亡复合体的高分辨率电镜结构，并通过结构比对和生化分析揭示了细胞色素c和dATP激活凋亡蛋白酶活化因子1（Apaf-1）的分子机制。
细胞凋亡又名程序性细胞死亡，在多细胞动物发育过程中扮演着重要角色，在维持多细胞动物内稳态平衡中起着关键作用。凋亡被抑制是肿瘤细胞得以生长的一个重要条件，而凋亡的错误启动参与了神经退行性疾病的发生。由于细胞凋亡和许多人类疾病相关，从上世纪90年代开始，研究人员展开了对人细胞凋亡分子机制的研究。通过结构生物学方法解析细胞凋亡信号通路中关键蛋白的结构、研究信号传导过程中分子间的相互作用，有助于结构生物学家理解细胞凋亡的分子机理、寻找可能的成药化合物。
Apaf-1是参与人内源性细胞凋亡的一种关键蛋白。当细胞受到诸如DNA损伤、化学治疗药物、氧化应激等刺激时，位于线粒体内膜上的细胞色素c会被释放到胞质中，与单体形式的Apaf-1蛋白结合，引起Apaf-1构象改变，随后在ATP或dATP参与下，7个Apaf-1聚合，形成凋亡体复合体。该凋亡复合体通过激活下游的凋亡反应，最终导致细胞死亡。为了揭示凋亡体复合体形成的分子机制，施一公实验室进行了大量系统深入研究。年研究组在《细胞》上发表了线虫凋亡复合体CED-4八聚体的晶体结构；年在《基因育发育》发文揭示CED-4与凋亡执行蛋白酶CED-3片段的复合物结构，为理解CED-4激活CED-3的机理提供重要线索；年2月，实验室又在《基因与发育》发表了果蝇凋亡复合体Dark八聚体分辨率为4.0埃的电镜结构。虽然线虫和果蝇的凋亡复合体结构，能在一定程度上解释复合体的聚合由哪些相互作用介导，但是与线虫和果蝇凋亡复合体八聚体不同的是，哺乳动物Apaf-1七聚体的形成还需要细胞色素c参与。要解释细胞色素c在凋亡复合体形成中发挥怎样的作用，需得到哺乳动物凋亡复合体的高分辨率结构。
在最新文章中，施一公研究组利用单颗粒冷冻电镜技术，重构了分辨率为3.8埃的哺乳动物凋亡复合体三维结构。该结构中，7个Apaf-1分子结合在一起，呈风车状，直径约埃。中心环状结构由NBD，HD1和WHD结构域组成，介导了7个Apaf-1的聚合。风车的最外侧，由14个WD40结构域和7个细胞色素c组成，这正是哺乳动物凋亡复合体特有的结构。放大来看，每一个细胞色素c都如三明治般被两个WD40结构域夹在中间。该结构首次展示了细胞色素c和Apaf-1的相互作用界面，揭示出全新的由细胞色素c介导的凋亡体复合体激活机制。大量系统生化实验验证了该结合方式的准确性。
生命学院博士生周梦萦和李旖旎为本文共同第一作者，施一公、英国医学研究理事会（MRC）研究员SjorsScheres为本文通讯作者。本研究得到生命学院胡奇博士，北京大学、清华大学和北京生命科学研究所联合培养博士研究生项目(PTN）博士生黄维云，清华大学冷冻电子显微镜平台闫创业博士，清华信息科学与技术国家实验室和英国医学研究理事会分子生物学实验室白晓辰博士等的支持与帮助。相关工作得到科技部、国家自然科学基金委的经费支持。（生命学院）
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