Минимальный механистический компонент HbYX

Биология связи, том 6, Номер статьи: 725 (2023) Цитировать эту статью

313 Доступов

1 Цитаты

7 Альтметрика

Подробности о метриках

Последствия снижения функции протеасом при нейродегенеративных заболеваниях в сочетании с исследованиями, показывающими защитные эффекты повышения активности протеасом на животных моделях, подчеркивают необходимость понимания способности активации протеасом небольшими молекулами. С-концевой мотив HbYX присутствует на многих белках, связывающих протеасомы, и выполняет функцию привязки активаторов к коровой частице 20S. Предыдущие исследования показали, что пептиды с мотивом HbYX могут автономно активировать открытие 20S-ворот, обеспечивая деградацию белка. В этом исследовании с помощью итеративного процесса пептидного синтеза мы создаем миметик HbYX-подобного дипептида, который представляет только фундаментальные компоненты мотива HbYX. Миметик активно индуцирует открытие ворот в протеасомах архей, дрожжей и млекопитающих. Мы идентифицируем множественные остатки α-субъединицы протеасомы в протеасоме архей, участвующих в HbYX-зависимой активации. При стимуляции миметиком 20S млекопитающих может разрушать развернутые белки, такие как тау. Результаты использования нашего пептидного миметика позволяют предположить, что HbYX-зависимый механизм требует кооперативного связывания по крайней мере в двух межсубъединичных карманах α-кольца. Самое главное, что наш пептидный миметик обращает вспять нарушения протеасом, вызванные олигомерами, связанными с нейродегенеративными заболеваниями. В совокупности эти результаты подтверждают, что HbYX-подобные молекулы обладают сильным потенциалом для стимуляции функции протеасом, которые потенциально полезны для лечения нейродегенеративных заболеваний.

Протеасома является ключевым компонентом убиквитин-протеасомной системы (УПС), ответственным за удаление поврежденных или ненужных белков и регулирование основных клеточных процессов1. Регулирование с помощью протеасомных активаторов (PA) имеет решающее значение для обеспечения разрушения только правильных белков. Нарушение регуляции протеасом связано с несколькими нейродегенеративными заболеваниями (ND), часто характеризующимися нарушением функции протеасом2,3,4,5,6,7. Целью данного исследования является определение минимальных элементов, активирующих протеасомы, в HbYX-зависимых активаторах протеасом и предоставление молекулярной основы для разработки подходов к поиску лекарств, направленных на активацию протеасомной деградации для лечения болезни Ньюкасла, что, как ожидается, поможет выяснить, как болезнь Ньюкасла -ассоциированные олигомеры нарушают функцию протеасом. Коровая частица эукариотической протеасомы, также называемая 20S (рис. 1а), состоит из четырех сложенных друг на друга гетерогептамерных колец (α-β-β-α) с центральной порой для входа субстрата. β-кольца состоят из семи субъединиц (β1–7), три из которых содержат сайты протеазы. Два α-кольца также состоят из семи субъединиц (α1–7). Вход субстрата в 20S регулируется воротами, которые в основном состоят из N-конца α 2, 3 и 4, простирающегося над центральной порой, таким образом закрывая эту бочкообразную структуру8. Конформация закрытых ворот блокирует центральную пору и предотвращает попадание белков в 20S для разрушения. N-конец каждой α-субъединицы несет мотив YDR (тирозин-аспартат-аргинин), который взаимодействует с соседними N-концами, стабилизируя закрытое состояние ворот8. Эти удлинения N-конца также могут менять свою конформацию на «открытое» состояние, при этом они направлены вверх и наружу от поры α-кольца, которая стабилизируется альтернативным взаимодействием мотива 9 YDR. Кроме того, усечение N-конца α3 (α3∆N), которые действуют как центральный стержень для стабилизации закрытого состояния, генерируют конститутивно открытый (активный) 20S, который обладает высокой способностью разрушать неструктурированные белки8,10. По данным ЯМР, базальная кинетика открытия 20S ворот архей, как предполагается, претерпевает колебания открытия/закрытия в масштабе времени в секундах11,12. Хотя кинетика 20S (M20S) млекопитающих еще не измерена, наличие активности базального гидролиза белков или пептидов позволяет предположить, что ворота M20S также колеблются между этими состояниями, хотя, вероятно, медленнее.

7 residues long with a C-terminal HbYX motif (corresponding to the PAN’s C-terminus) could induce gate opening16. However, this was determined with peptides that had unmodified N-termini. We suspected that the charged N-terminus may prevent shorter HbYX peptides from binding to the intersubunit α pockets. To test this hypothesis, we synthesized the same peptides corresponding to the PAN C-terminus from three to eight residues in length (CT3-8), except with an acetylated N-terminus. N-acetylated PAN C-terminus peptides shorter than seven residues activated the 20S (Fig. 2a). Notably, we observed that N-acetylated PAN C-terminus peptide six residues in length (CT6) activated the 20S over 10-fold greater than the control; even the 3-residue peptide (CT3) had (~2-fold) gate-opening activity (Fig. 2a)./p>