Approfondimenti strutturali sull'attivazione selettiva di piccole molecole di PKG1α

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 798 (2023) Citare questo articolo

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La proteina chinasi I-α (PKG1α) dipendente dal cGMP è un bersaglio per l'ipertensione arteriosa polmonare a causa del suo ruolo nella regolazione della funzione della muscolatura liscia. Sebbene la maggior parte del lavoro si sia concentrata sulla regolazione del turnover del cGMP, recentemente abbiamo descritto diversi composti di piccole molecole in grado di attivare PKG1α attraverso un percorso indipendente dal cGMP. Le molecole selezionate sono state cristallizzate in presenza di PKG1α e si è scoperto che si legavano a un sito allosterico prossimale al dominio di legame nucleotidico a bassa affinità. Queste molecole agiscono per spostare l'elica dell'interruttore e causare l'attivazione di PKG1α che rappresenta un nuovo meccanismo per l'attivazione e il controllo di questo percorso terapeutico critico. Le strutture descritte sono vitali per comprendere la funzione e il controllo di questo percorso normativo chiave.

La segnalazione ciclica dipendente dalla guanosina monofosfato (cGMP) è stata implicata nella regolazione di numerosi percorsi1. Il suo ruolo nella salute cardiovascolare non può essere sottovalutato. Dalla promozione del rilassamento della muscolatura liscia in risposta all'ossido nitrico2,3, alla prevenzione dell'aggregazione piastrinica4 e persino all'attenuazione del recettore 1 attivato dalla proteasi del recettore della trombina (PAR-1) tramite il regolatore della segnalazione della proteina G-2 (RGS2) 5, la segnalazione cGMP agisce per aiutare a mantenere e modulare la normale funzione vascolare e la pressione sanguigna. Le strategie di successo per la regolazione dell'ipertensione polmonare si sono concentrate sulla stimolazione della guanilato ciclasi solubile o particellare (sGC) con il primo farmaco di questo tipo, Riociguat, approvato per l'uso negli Stati Uniti6,7. Effetti simili possono essere ottenuti attraverso l’inibizione della degradazione del cGMP da parte delle fosfodiesterasi (PDE)8,9,10,11. Tuttavia, il targeting dell'inibizione di sGC o PDE è in definitiva non specifico poiché agisce per aumentare i livelli di cGMP che ha ruoli in numerosi percorsi a valle, inclusa la segnalazione attraverso la proteina chinasi cGMP-dipendente (PKG)1,12. Attivando direttamente PKG1α, si potrebbe ottenere un impatto diretto sui meccanismi cardioprotettivi senza la complicazione dell'effetto sistemico non specifico della segnalazione cGMP13.

PKG1 si trova in due isoforme primarie, PKG1α e PKG1β, che sono il prodotto di splicing alternativo14. L'espressione cardiovascolare di entrambe le isoforme è diffusa e implicata negli effetti di attivazione a valle impartiti dalla produzione di cGMP derivata da sGC15. Mentre l'organizzazione del dominio è conservata tra entrambe le isoforme (Fig. 1a), l'eterogeneità è limitata al dominio di dimerizzazione, che contiene sia la cerniera leucina che i domini autoinibitori (Fig. 1b). L'identità complessiva della sequenza è elevata (~90%), con differenze nella sequenza limitate ai primi 89 e 104 residui per PKG1α e PKG1β (~28% identità a coppie), rispettivamente, con un'identità del 100% nel resto delle sequenze. L'isoforma PKG1α è più sensibile alle concentrazioni di cGMP rispetto all'isoforma 1β, suggerendo che la differenza di sensibilità è probabilmente direttamente attribuibile al dominio di dimerizzazione che contiene anche un sottodominio autoinibitorio (AI)14,16,17. All'interno dell'AI si trova la sequenza dello pseudo-substrato in cui il sito di fosforilazione S/T richiesto è stato sostituito da G/A rispettivamente per α/β18,19. Questa identità quasi uniforme sottolinea ulteriormente la disparità tra le strutture riportate per PKG1α e 1β (PDB: 3SHR e 4Z07, rispettivamente)20,21.

un monomero costruito con PKG1α che evidenzia domini e sottodomini come corrisponde alla rappresentazione schematica (b) dei domini con α visualizzato in alto e β sotto. Sono indicati i confini dei residui di dominio per ciascuna isoforma. Il dominio normativo è costituito da un sottodominio di dimerizzazione e un sottodominio cGMP-Binding. Il sottodominio di dimerizzazione è costituito da una leucina Zipper (LZ) e da una regione autoinibitoria (AI) che svolge un ruolo nella regolazione delle proteine ​​tramite lo pseudo-substrato (PS). Mentre il sottodominio di legame del cGMP è costituito da siti di legame nucleotidico ciclico ad alta (CNB-A) e bassa affinità (CNB-B) che legano direttamente il cGMP. Il legame progressivo del cGMP a questi siti provoca infine il rilascio del dominio AI e l'estensione del dominio catalitico lontano dal dominio regolatorio consentendo la catalisi del substrato mediata da ATP. c Sono visibili le sequenze allineate dei domini di dimerizzazione α e β. Tutte le differenze di sequenza tra le due varianti sono limitate a questo sottodominio. Un istogramma di similarità di sequenza viene sovrapposto con un'elevata somiglianza indicata come barre sopra la linea e una somiglianza bassa o assente come barre sotto la linea.