Структурные сведения о селективной активации малых молекул PKG1α

Биология связи, том 6, Номер статьи: 798 (2023) Цитировать эту статью

285 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

цГМФ-зависимая протеинкиназа I-α (PKG1α) является мишенью легочной артериальной гипертензии из-за ее роли в регуляции функции гладких мышц. Хотя большая часть работ была сосредоточена на регулировании обмена цГМФ, недавно мы описали несколько низкомолекулярных соединений, которые были способны активировать PKG1α через независимый от цГМФ путь. Выбранные молекулы кристаллизовали в присутствии PKG1α, и было обнаружено, что они связываются с аллостерическим сайтом, проксимальным к домену связывания нуклеотидов с низким сродством. Эти молекулы смещают спираль переключателя и вызывают активацию PKG1α, что представляет собой новый механизм активации и контроля этого критического терапевтического пути. Описанные структуры жизненно важны для понимания функции и контроля этого ключевого регуляторного пути.

Зависимая от циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ) передача сигналов участвует в регуляции многочисленных путей1. Его роль в здоровье сердечно-сосудистой системы нельзя недооценивать. От содействия расслаблению гладких мышц в ответ на оксид азота2,3 до предотвращения агрегации тромбоцитов4 и даже ослабления рецептора-1, активируемого протеазой рецептора тромбина (PAR-1), посредством регулятора передачи сигналов G-белка-2 (RGS2) 5, передача сигналов цГМФ помогает поддерживать и модулировать нормальную функцию сосудов и артериальное давление. Успешные стратегии регуляции легочной гипертензии были сосредоточены на стимуляции растворимой или дисперсной гуанилатциклазы (рГЦ) с помощью первого такого терапевтического препарата, риоцигуата, одобренного для использования в Соединенных Штатах6,7. Аналогичные эффекты могут быть получены путем ингибирования деградации цГМФ фосфодиэстеразами (ФДЭ)8,9,10,11. Однако воздействие на ингибирование sGC или PDE в конечном итоге неспецифично, поскольку оно способствует повышению уровня цГМФ, который играет роль во многих последующих путях, включая передачу сигналов через цГМФ-зависимую протеинкиназу (PKG)1,12. Непосредственно активируя PKG1α, можно реализовать прямое воздействие на кардиозащитные механизмы без усложнения неспецифического системного эффекта передачи сигналов цГМФ13.

PKG1 обнаружен в двух первичных изоформах, PKG1α и PKG1β, которые являются продуктом альтернативного сплайсинга14. Сердечно-сосудистая экспрессия обеих изоформ широко распространена и участвует в последующих эффектах активации, вызываемых выработкой цГМФ, происходящим из sGC15. Хотя организация доменов консервативна между обеими изоформами (рис. 1а), гетерогенность ограничивается доменом димеризации, который содержит как лейциновую застежку, так и аутоингибирующий домен (рис. 1b). Общая идентичность последовательностей высокая (~90%), при этом различия в последовательностях ограничиваются первыми 89 и 104 остатками для PKG1α и PKG1β (~28% парной идентичности) соответственно, со 100% идентичностью в остальных последовательностях. Изоформа PKG1α более чувствительна к концентрациям цГМФ, чем изоформа 1β, что позволяет предположить, что разница в чувствительности, вероятно, напрямую связана с доменом димеризации, который также содержит субдомен аутоингибирования (AI)14,16,17. Внутри AI находится последовательность псевдосубстрата, в которой необходимый сайт фосфорилирования S/T заменен на G/A для α/β соответственно18,19. Эта почти однородная идентичность еще раз подчеркивает несоответствие между структурами, о которых сообщалось для PKG1α и 1β (PDB: 3SHR и 4Z07 соответственно)20,21.

PKG1α сконструировал мономер, выделяющий домены и субдомены, что соответствует схематическому изображению (b) доменов с α, визуализированным вверху, и β внизу. Указаны границы остатков доменов для каждой изоформы. Регуляторный домен состоит из субдомена димеризации и субдомена связывания цГМФ. Субдомен димеризации состоит из лейциновой молнии (LZ) и аутоингибирующей области (AI), которая играет роль в регуляции белка через псевдосубстрат (PS). В то время как субдомен, связывающий цГМФ, состоит из сайтов связывания циклических нуклеотидов с высоким (CNB-A) и низким сродством (CNB-B), которые напрямую связывают цГМФ. Прогрессивное связывание цГМФ с этими сайтами в конечном итоге приводит к высвобождению домена AI и расширению каталитического домена от регуляторного домена, что позволяет осуществлять АТФ-опосредованный субстратный катализ. в Видны выровненные последовательности доменов димеризации α и β. Все различия в последовательности между двумя вариантами ограничены этим субдоменом. На гистограмму сходства последовательностей накладывается высокое сходство, обозначенное столбцами над линией, а низкое сходство или отсутствие сходства — столбцами под линией.