我院2015届毕业生侯运楠以第一作者在Nature Communication杂志上发表文章

作者： 来源： 发布日期：2023-02-13 浏览次数：

【转自BioArtMED公众号】赵永娟合作团队利用纳米抗体解析SARM1的激活机制。

轴突变性 (axon degeneration) 是许多神经退行性疾病的早期症状，包括阿尔兹海默症和帕金森综合症等中枢神经退化疾病，以及诸如化疗和糖尿病引起的外周神经退化等；而SARM1是轴突变性过程的关键酶，因此被初步认定为上述疾病的有效药物靶点。

SARM1作为一个多结构域的信号酶，受到细胞内核苷代谢物的严格调控，香港中文大学（深圳）的赵永娟团队在2019年证明了NAD（注：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，是细胞代谢的重要辅酶）的合成前体NMN（注：烟酰胺单核苷酸）可以激活SARM1，使其具有切割NAD的活性[1]。2021年该团队筛选到降压药尼索地平的代谢物dHNN，发现其可以有效抑制SARM1活性，并借此解析了SARM1的抑制态结构[2]。然而由于激活后的SARM1具有局部柔性，无法通过常规技术解析其激活态的结构。

2022年12月22日，该团队在Nature Communications杂志上发表题为A conformation-specific nanobody targeting the nicotinamide mononucleotide-activated state of SARM1的文章，报道了利用构象特异纳米抗体阐释SARM1激活机制的进展[3]。

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该团队通过构建羊驼免疫库和噬菌体展示技术，筛选到一系列针对SARM1的纳米抗体，用免疫沉淀和表面等离子共振等技术获得了一株特异识别激活态SARM1的纳米抗体（C6）。C6可有效区分活性与非活性构象的特性，因此有望应用于上述神经退行性疾病的诊断。

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该团队应用冷冻电镜技术解析了C6和激活SARM1的复合物结构。与抑制态SARM1呈现的相对紧致的扁盘型结构（配色：蓝黄米；八聚体；首先由北京大学张哲/杨竞团队解析[4]Nature张哲/杨竞组共同揭示NAD+介导的神经细胞“杀手”Sarm1蛋白的活性调节机制）不同，本研究呈现的结构（配色：绿黄紫；八聚体）似一朵盛开的莲花，抗体C6（银色）结合在打开后的绿色ARM结构域和黄色SAM结构域之间，起到了固定作用，从而使研究者得以在电镜下观察到该“中间体结构”。之所以称之为中间体结构，是因为该结构中的酶促结构域TIR（紫色）未形成酶活必需的同源二聚体。而形成该结构的原因，可能是极低温条件使TIR无法完全脱离ARM结构域，也可能是释放的TIR结构域无法被观测。

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为了更好地解析溶液中SARM1的活化机制，该团队又利用氢氘交换和化学交联质谱技术，对溶液中的分子活化动力学和构象进行了表征，从而提出了上图所示的三态模型，该模型中显示的活性TIR二聚体作用面，与近期发表的利用抑制剂固定的TIR多聚体中展示的活性口袋区[5]相互印证。

综上所述，本研究不仅为轴突变性领域创制了一项宝贵工具（特异性针对活化SARM1的纳米抗体），同时还揭示了SARM1激活过程中ARM结构域的形变和ARM/TIR同时外展的新机制，为诊断、理解和治疗神经轴突变性的相关疾病提供了更多参考。

北京大学深圳研究生院博士生侯运楠、南方科技大学研究助理蔡炀和香港中文大学（深圳）博士后黎婉华为该文章的共同第一作者，香港中文大学（深圳）助理教授赵永娟和Goran Stjepanovic，以及南方科技大学副教授张宏民为共同通讯作者。


参考文献

1. Zhao, Z. Y. et al. A Cell-Permeant Mimetic of NMN Activates SARM1 to Produce Cyclic ADP-Ribose and Induce Non-apoptotic Cell Death. iScience. 2019 May 31;15:452-466.

2. Li, W. H. et al. Permeant fluorescent probes visualize the activation of SARM1 and uncover an anti-neurodegenerative drug candidate. eLife. 2021 May 4;10:e67381. (eLife 丨赵永娟团队在神经轴突变性蛋白SARM1探针和抑制剂开发中取得新进展 BioArt 2021-05-15 07:37)

3. Hou, Y. N. et al. A conformation-specific nanobody targeting the nicotinamide mononucleotide-activated state of SARM1. Nat Commun. 2022 Dec 22;13(1):7898.

4. Jiang, Y. et al. The NAD+-mediated self-inhibition mechanism of pro-neurodegenerative SARM1. Nature. 2020 Dec;588(7839):658-663.

5. Shi, Y. et al. Structural basis of SARM1 activation, substrate recognition, and inhibition by small molecules. Mol Cell. 2022 May 5;82(9):1643-1659.e10.


【校友信息】侯运楠，男，我院2013级生物工程专业硕士生，导师卫亚红。现为北京大学深圳研究生院化学生物学与生物技术学院在读博士生。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-35581-y