γ-分泌酶连续切割淀粉样蛋白前体蛋白C端含有99个残基片段(APP-C99)，产生不同长度的淀粉样蛋白-β (Aβ)肽。大多数裂解的步长为三个残基。
2024年6月6日，清华大学/西湖大学施一公团队在Science在线发表题为“Molecular mechanism of substrate recognition and cleavage by human γ-secretase”的研究论文，为了阐明其潜在的机制，该研究测定了人γ-分泌酶分别与APP-C99、Aβ49、Aβ46和Aβ43结合的原子结构。
在所有情况下，底物显示相同的结构特征：一个跨膜α-螺旋，一个三残基连接体，和一个与presenilin1 (PS1)形成杂交β-片的β-链。蛋白水解裂解发生在底物β链的正前方。每次裂解后，底物α-螺旋解绕和移位一次，形成一条新的β-链。这一机制与现有的生化数据一致，并可能解释γ-分泌酶对其他底物的裂解作用。
另外，2024年3月14日，西湖大学施一公及万蕊雪共同通讯在Science 在线发表题为“Structural basis of U12-type intron engagement by the fully assembled human minor spliceosome”的研究论文，首次报道了完全组装的次要剪接体的高分辨率三维结构，展示了在U12型内含子上组装过程的关键构象——预催化剪接体前体（precursor pre-catalytic spliceosome，定义为“pre-B复合物”），解析并鉴定了56个蛋白和6种RNA（pre-mRNA和5种snRNA），整体分辨率高达3.3埃。
该结构第一次展示了组成次要剪接体的全部5种snRNP（U11、U12、U4atac、U6atac和U5 snRNP），揭示了次要剪接体在组装过程中对U12型内含子上5’剪接位点识别的分子机理，解决了剪接体激活过程中5’剪接位点如何逐步进入活性位点的重要问题；通过与主要剪接体的结构比较分析了U2型和U12型内含子识别的结构基础，首次从分子层面提出了主要、次要剪接体如何区分剪接位点并正确完成组装的模型。
淀粉样斑块是阿尔茨海默病(AD)的标志，主要由淀粉样蛋白前体蛋白C末端片段衍生的淀粉样蛋白-β (Aβ)肽组成，γ-分泌酶裂解99个残基(APP-C99)。APP经过α-或β-分泌酶的初始裂解，产生83或99个残基的跨膜片段(分别为APP-C83或APP-C99)。
APP-C99被γ-分泌酶首先通过被称为ε-裂解的内肽酶活性裂解，生成Aβ48或Aβ49，然后通过被称为ζ-和γ-裂解的羧肽酶活性裂解。Aβ49的断裂导致Aβ46、Aβ43和Aβ40的序列产生；同样，Aβ48也产生Aβ45、Aβ42和Aβ38。较长的Aβ肽(≥Aβ42)被认为在毒性Aβ聚集的启动中起关键作用。
人γ-分泌酶识别APP-C99的结构基础（图源自Science）
成熟的γ-分泌酶包括presenilin(PS)、presenilin增强子2 (PEN-2)、anterior-pharynx-defective蛋白1 (APH-1)和nicastrin (NCT)四个亚基。催化亚基为PS，其中PS1为主要同工异构体。结合APP-C83的人γ-分泌酶的冷冻电镜(cryo-EM)结构显示了底物与PS1之间的杂交β-片。底物β链引导裂解位点。与APP-C83相比，γ-分泌酶对APP-C99的裂解效率较低。APP-C99 N端额外的16个氨基酸可能调控γ-分泌酶-底物复合物的形成。
尽管γ-分泌酶在结构上取得了进展，但控制序列裂解的潜在机制仍然知之甚少；特别是，目前还不清楚为什么加工裂解主要发生在三残基步骤。在这项研究中报道了人γ-分泌酶分别与APP-C99、Aβ49、Aβ46和Aβ43结合的冷冻电镜结构。结构分析揭示了底物识别和解理的机理。
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