CED-4细胞凋亡体的结构与功能机理

研究细胞凋亡的一个重要模式生物是秀丽线虫（Caenorhabditis elegans），MIT的Bob Horvitz教授领导的研究组因为通过遗传学揭示egl-1，ced-9，ced-4和ced-3组成的程序性细胞死亡的线性调控通路而获得2002年的诺贝尔奖。

施一公教授领导的实验室一直致力于对细胞凋亡调控机理的研究。颜 宁教授的博士研究即因为揭示EGL-1、CED-9调控CED-4的机理而获得2005年的“青年科学家奖”（北美地区），这条通路上的下一个重要问题 CED-4激活CED-3蛋白酶的分子机理一直不清楚。他们研究CED-4细胞凋亡体的结构与功能近10年，中间一度陷入瓶颈状态。直至2008年在清华 大学，两个实验室经过密切合作成功解析了CED-4的3.8埃的晶体结构。据知，这是施一公和颜宁回国之后合作解析的第一个重要结构。此后又历经十数次的 同步辐射数据收集，终于利用在上海同步辐射收集的数据把结构修正到3.55埃，同时经过近两年的生化分析，初步揭示了CED-4调控CED-3的机理，研究结果于2010年4月30日发表于CELL。

他们的工作显示CED-4细胞凋亡体以八聚体的形式存在。 CED-4八聚体组成一个碗状结构。他们还解析了CED-4与CED-3的复合物结构，然而，尽管晶体中确实含有CED-3，结构中却看不到CED-3的 存在。晶体学分析显示CED-3坐落于CED-4的碗中，其衍射密度因不对称性而抵消。基于结构和生化实验结果，他们提出了CED-4激活CED-3的分 子机制模型：CED-4八聚体通过募集两个CED-3分子到它的碗中而激活CED-3，CED-4的存在提高了CED-3的蛋白水解酶的活性，而执行其杀死细胞的功能。同时，CED-4作为AAA+ ATPase家族的重要成员，该结构显示了与以往不同的AAA+ ATPase寡聚化形式，并揭示了NB-ARC（nucleotide-binding, Apaf-1,R proteins, and CED-4）家族蛋白结构组织上的一些共同原则，为研究这一家族的植物抗性R蛋白以及发炎体（inflammasome）的结构与功能提供了重要基础。