PKG1αの選択的小分子活性化に関する構造的洞察

Communications Biology volume 6、記事番号: 798 (2023) この記事を引用

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cGMP 依存性プロテインキナーゼ I-α (PKG1α) は、平滑筋機能の調節における役割により肺動脈性肺高血圧症の標的となります。 ほとんどの研究はcGMP代謝回転の制御に焦点を当ててきたが、我々は最近、cGMP独立経路を介してPKG1αを活性化できるいくつかの小分子ツール化合物を記載した。 選択された分子は、PKG1αの存在下で結晶化され、低親和性ヌクレオチド結合ドメインの近位のアロステリック部位に結合することが判明した。 これらの分子は、スイッチヘリックスを置き換えて PKG1α の活性化を引き起こすように作用し、この重要な治療経路の活性化と制御のための新しいメカニズムを表します。 記載された構造は、この重要な調節経路の機能と制御を理解するために不可欠です。

環状グアノシン一リン酸（cGMP）依存性シグナル伝達は、多数の経路の制御に関与していると考えられています1。 心臓血管の健康におけるその役割を過小評価することはできません。 一酸化窒素に反応した平滑筋弛緩の促進 2,3 から、血小板凝集の予防 4、さらには G タンパク質シグナル伝達制御因子 2 (RGS2) を介したトロンビン受容体プロテアーゼ活性化受容体 1 (PAR-1) の減衰まで5. cGMP シグナル伝達は、正常な血管機能と血圧の維持と調節を助けるように作用します。 肺高血圧症の制御に成功した戦略は、米国で使用が承認された最初の治療薬リオシグアトによる可溶性または粒子状グアニル酸シクラーゼ（sGC）の刺激に焦点を当ててきた6,7。 同様の効果は、ホスホジエステラーゼ (PDE) による cGMP 分解の阻害によって得られます 8、9、10、11。 しかし、sGC または PDE 阻害の標的化は、cGMP 依存性プロテインキナーゼ (PKG) を介したシグナル伝達など、多数の下流経路で役割を持つ cGMP レベルを増加させるように作用するため、最終的には非特異的です1,12。 PKG1α を直接活性化することにより、cGMP シグナル伝達の非特異的な全身効果を複雑にすることなく、心臓保護機構への直接的な影響を実現できます 13。

PKG1 は、選択的スプライシングの産物である 2 つの主要なアイソフォーム、PKG1α および PKG1β で見られます 14。 両方のアイソフォームの心血管発現は広範囲に及んでおり、sGC 由来の cGMP 生成によってもたらされる下流の活性化効果に関係しています 15。 ドメイン構成は両方のアイソフォーム間で保存されていますが（図1a）、不均一性はロイシンジッパードメインと自己抑制ドメインの両方を含む二量体化ドメインに限定されています（図1b）。 全体的な配列同一性は高く（約 90%）、配列の違いは PKG1α と PKG1β でそれぞれ最初の 89 残基と 104 残基に限定されており（ペアごとの同一性約 28%）、残りの配列は 100% 同一です。 PKG1α アイソフォームは 1β アイソフォームよりも cGMP 濃度に対する感受性が高く、感受性の違いが自己抑制 (AI) サブドメインも含む二量体化ドメインに直接起因する可能性が高いことを示唆しています 14、16、17。 AI内には、必須のS/Tリン酸化部位がα/βそれぞれG/Aに置換された擬似基質配列が存在する18、19。 このほぼ均一な同一性は、PKG1α と 1β (それぞれ PDB: 3SHR と 4Z07) について報告されている構造間の不一致をさらに強調しています 20,21。

PKG1αは、ドメインの概略図(b)に対応するドメインとサブドメインを強調表示するモノマーを構築し、αが上に、βが下に視覚化されています。 各アイソフォームのドメイン残基の境界が示されています。 調節ドメインは、二量体化サブドメインと cGMP 結合サブドメインから構成されます。 二量体化サブドメインは、ロイシンジッパー (LZ) と、擬似基質 (PS) を介したタンパク質制御に役割を果たす自己抑制領域 (AI) で構成されます。 一方、cGMP 結合サブドメインは、cGMP に直接結合する高親和性 (CNB-A) および低親和性 (CNB-B) の環状ヌクレオチド結合部位から構成されます。 これらの部位への cGMP の結合が進行すると、最終的に AI ドメインが放出され、触媒ドメインが調節ドメインから離れて拡張され、ATP 媒介の基質触媒作用が可能になります。 c α および β 二量体化ドメインの整列した配列が表示されます。 2 つのバリアント間の配列の違いはすべて、このサブドメインに限定されます。 配列類似性ヒストグラムは、高い類似性が線の上のバーとして示され、低い類似性または類似性が線の下のバーとしてオーバーレイされます。