Semagacestat与γ-分泌酶的结合图
看完Semagacestat与γ-分泌酶作用机制之后，你心里可能在想：Avagacestat既然是选择性抑制γ-分泌酶切割APP，那结合位点与Semagacestat定然不同。
如果你还知道Avagacestat和Semagacestat的化学结构差异巨大，那你应该会更加笃信上述猜想。
实际上，施一公课题组的成员一开始也是这么想的。
但是当他们拿到Avagacestat与γ-分泌酶3.1 Å的结构之后，被他们看到的事实惊呆了。Avagacestat与Semagacestat在γ-分泌酶上的结合位点完全相同。
Avagacestat与γ-分泌酶的结合
如此看来，Avagacestat抑制γ-分泌酶的机制与Semagacestat其实是一样的。那问题来了：Avagacestat为啥表现出了选择性呢？
深入研究才发现，原来Avagacestat与Semagacestat虽然在γ-分泌酶上占据了同样的位点，但是二者的结合模式还是存在细微的差异。
具体来说，Avagacestat主要与γ-分泌酶PS1周围疏水残基相互作用，与Gly382的酰胺基团只有一个氢键；相比之下，Semagacestat通过四个氢键固定在结合口袋上。除此之外，还有一些细微的差异。
换句话说，与Semagacestat相比，Avagacestat与γ-分泌酶的PS1结合后，构象更“松散”。或许就是这种差异，导致了二者之间的选择性差异。
随后解析L-685,458与γ-分泌酶3.1 Å的结构发现：L685,458的一部分也在γ-分泌酶上占据了与前面两种抑制剂相同的位置。当然，L-685,458其余部分与γ-分泌酶之间的相互作用，与前面两种化合物存在差异。
不过，总的来看，三种γ-分泌酶抑制剂都占据了γ-分泌酶PS1中原本属于APP和Notch蛋白β链的位置。只不过相互作用的具体残基有所差异。
三个化合物结合详情的比较
最后咱们再来看看E2012。
如前面所介绍，E2012前面三种化合物的作用机制不相同。但是E2012可以和L685,458同时结合γ-分泌酶，并达到更高的抑制效果[16]。那E2012和L685,458都结合到γ-分泌酶上，会是什么样的模样呢？
分辨率高达2.6 Å的冷冻电镜结构显示：E2012和L685,458结合在γ-分泌酶上两个不同的位置，E2012插入到了PS1与γ-分泌酶的NCT结构域形成结合空腔中。
这也是学界首次明确了调节剂结合γ-分泌酶的位点。
进一步的研究发现，E2012结合到γ-分泌酶之后，可以和PS1的loop1形成氢键，而loop1与γ-分泌酶的底物招募密切相关[3，4]。
E2012（红）和L458结合γ-分泌酶的位点比较
至于L685,458为何能增强E2012的效果，研究人员也做了探索，他们“对比底物结合的构象，E2012空间上对底物跨膜螺旋的一侧具有一定的位阻效应，但不完全重合，这与抑制剂是有明显区别的”[17]。
因此，他们认为“这种位阻效应，客观上构成了底物跨膜螺旋两个方向的运动趋势，为解释E2012促进Aβ42切割成Aβ38的别构调节机制提供了结构基础”[17]。
你可能看出来了，上面两段说的内容其实我也没看懂，所以就引用了清华大学官方稿件的说法。如果你想知道详细的信息，可以点击文末“阅读原文”查阅论文原文。
总的来说，施一公课题组这项研究成果让我们看清楚了γ-分泌酶抑制剂和调节剂的作用机制，对于开发更好的治疗AD药物，有极大的促进作用。
无论如何，期待科学家在AD基础研究和治疗领域取得更多的突破。
参考文献：
[1].Guanghui Yang, Rui Zhou, Xuefei Guo, et al. Structural basis of γ-secretase inhibition and modulation by small molecule drugs[J]. Cell, 2020.
[2].Bai X, Yan C, Yang G, et al. An atomic structure of human γ-secretase[J]. Nature, 2015, 525(7568): 212-217.
[3].Yang G, Zhou R, Zhou Q, et al. Structural basis of Notch recognition by human γ-secretase[J]. Nature, 2019, 565(7738): 192-197.
[4].Zhou R, Yang G, Guo X, et al. Recognition of the amyloid precursor protein by human γ-secretase[J]. Science, 2019, 363(6428).
[5].Else H. The science events to watch for in 2021[J]. Nature.
[6].Golde T E, Petrucelli L, Lewis J. Targeting Aβ and tau in Alzheimer's disease, an early interim report[J]. Experimental neurology, 2010, 223(2): 252-266.
[7].Siemers E R, Dean R A, Friedrich S, et al. Safety, tolerability, and effects on plasma and cerebrospinal fluid amyloid-β after inhibition of γ-secretase[J]. Clinical neuropharmacology, 2007, 30(6): 317-325.
[8].Doody R S, Raman R, Farlow M, et al. A phase 3 trial of semagacestat for treatment of Alzheimer's disease[J]. New England Journal of Medicine, 2013, 369(4): 341-350.
[9].Doody R S, Raman R, Sperling R A, et al. Peripheral and central effects of γ-secretase inhibition by semagacestat in Alzheimer’s disease[J]. Alzheimer's research & therapy, 2015, 7(1): 36.
[10].Aster J C, Pear W S, Blacklow S C. The varied roles of Notch in cancer[J]. Annual Review of Pathology: Mechanisms of Disease, 2017, 12: 245-275.
[11].Gillman K W, Starrett Jr J E, Parker M F, et al. Discovery and evaluation of BMS-708163, a potent, selective and orally bioavailable γ-secretase inhibitor[J]. ACS Medicinal Chemistry Letters, 2010, 1(3): 120-124.
[12].Coric V, van Dyck C H, Salloway S, et al. Safety and tolerability of the γ-secretase inhibitor avagacestat in a phase 2 study of mild to moderate Alzheimer disease[J]. Archives of neurology, 2012, 69(11): 1430-1440.
[13].Coric V, Salloway S, van Dyck C H, et al. Targeting prodromal Alzheimer disease with avagacestat: a randomized clinical trial[J]. JAMA neurology, 2015, 72(11): 1324-1333.
[14].Esler W P, Kimberly W T, Ostaszewski B L, et al. Transition-state analogue inhibitors of γ-secretase bind directly to presenilin-1[J]. Nature cell biology, 2000, 2(7): 428-434.
[15].Kimura T, Kawano K, Doi E, et al. Preparation of cinnamide, 3-benzylidenepiperidin-2-one, phenylpropynamide compounds as amyloid β production inhibitors[J]. Eisai, Japan, 2005: 679.
[16].Pozdnyakov N, Murrey H E, Crump C J, et al. γ-Secretase modulator (GSM) photoaffinity probes reveal distinct allosteric binding sites on presenilin[J]. Journal of Biological Chemistry, 2013, 288(14): 9710-9720.
[17].https://news.tsinghua.edu.cn/info/1003/84251.htm
