PKG1α의 선택적 소분자 활성화에 대한 구조적 통찰력

커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 798(2023) 이 기사 인용

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cGMP 의존성 단백질 키나제 I-α(PKG1α)는 평활근 기능 조절에서의 역할로 인해 폐동맥 고혈압의 표적입니다. 대부분의 연구는 cGMP 회전율 조절에 중점을 두었지만 최근 cGMP 독립적 경로를 통해 PKG1α를 활성화할 수 있는 몇 가지 소분자 도구 화합물을 설명했습니다. 선택된 분자는 PKG1α의 존재 하에 결정화되었으며 낮은 친화력의 뉴클레오티드 결합 도메인에 인접한 알로스테릭 부위에 결합하는 것으로 밝혀졌습니다. 이들 분자는 스위치 나선을 대체하는 역할을 하며 이 중요한 치료 경로의 활성화 및 제어를 위한 새로운 메커니즘을 나타내는 PKG1α의 활성화를 유발합니다. 설명된 구조는 이 주요 규제 경로의 기능과 제어를 이해하는 데 필수적입니다.

순환 구아노신 모노포스페이트(cGMP) 의존성 신호 전달은 수많은 경로의 조절과 관련되어 있습니다1. 심혈관 건강에 대한 역할은 과소평가될 수 없습니다. 산화질소에 대한 반응으로 평활근 이완을 촉진하는 것부터2,3 혈소판 응집을 예방하는 것4, 심지어 G-단백질 신호 전달-2(RGS2) 조절자를 통한 트롬빈 수용체 프로테아제 활성화 수용체-1(PAR-1)의 약화까지 5, cGMP 신호 전달은 정상적인 혈관 기능과 혈압을 유지하고 조절하는 데 도움을 줍니다. 폐고혈압 조절을 위한 성공적인 전략은 미국에서 사용이 승인된 최초의 치료제인 Riociguat를 사용하여 용해성 또는 미립자 구아닐레이트 시클라제(sGC)를 자극하는 데 중점을 두었습니다6,7. 포스포디에스테라제(PDE)8,9,10,11에 의한 cGMP 분해 억제를 통해 유사한 효과를 얻을 수 있습니다. 그러나 sGC 또는 PDE 억제의 표적화는 cGMP 의존성 단백질 키나제(PKG)1,12를 통한 신호 전달을 포함하여 수많은 하류 경로에서 역할을 하는 cGMP 수준을 증가시키는 역할을 하기 때문에 궁극적으로 비특이적입니다. PKG1α를 직접 활성화함으로써 cGMP 신호 전달의 비특이적 전신 효과의 합병증 없이 심장 보호 메커니즘에 대한 직접적인 영향을 실현할 수 있습니다.

PKG1은 대체 접합의 산물인 PKG1α 및 PKG1β라는 두 가지 주요 이소형에서 발견됩니다. 두 이소폼 모두의 심혈관 발현은 널리 퍼져 있으며 sGC 유래 cGMP 생산에 의해 전달되는 하류 활성화 효과와 관련되어 있습니다. 도메인 구성은 두 isoform 사이에 보존되지만(그림 1a), 이질성은 류신 지퍼와 자동 억제 도메인을 모두 포함하는 이량체화 도메인으로 제한됩니다(그림 1b). 전체 서열 동일성은 높으며(~90%), 서열 차이는 각각 PKG1α 및 PKG1β의 처음 89개 및 104개 잔기(~28% 쌍별 동일성)로 제한되며 나머지 서열에서는 100% 동일합니다. PKG1α 이소형은 1β 이소형보다 cGMP 농도에 더 민감하며, 이는 민감도의 차이가 자가 억제(AI) 하위 도메인을 포함하는 이량체화 도메인에 직접적으로 기인할 가능성이 있음을 시사합니다. AI 내에는 필수 S/T 인산화 부위가 각각 α/β에 대해 G/A로 대체된 유사 기질 서열이 있습니다18,19. 이러한 거의 균일한 동일성은 PKG1α와 1β에 대해 보고된 구조 간의 차이를 더욱 강조합니다(PDB: 각각 3SHR 및 4Z07)20,21.

PKG1α 구성 단량체 강조 도메인 및 하위 도메인은 α가 상단에 시각화되고 β가 아래에 시각화된 도메인의 도식적 표현(b)에 해당합니다. 각 isoform에 대한 도메인 잔기 경계가 표시됩니다. 규제 도메인은 이량체화 하위 도메인과 cGMP 결합 하위 도메인으로 구성됩니다. 이량체화 하위 도메인은 류신 지퍼(LZ)와 유사 기질(PS)을 통해 단백질 조절에 역할을 하는 자동 억제 영역(AI)으로 구성됩니다. cGMP 결합 하위 도메인은 cGMP에 직접 결합하는 고친화도(CNB-A) 및 저친화도(CNB-B) 순환 뉴클레오티드 결합 부위로 구성됩니다. cGMP가 이들 부위에 점진적으로 결합하면 궁극적으로 AI 도메인이 방출되고 촉매 도메인이 조절 도메인에서 확장되어 ATP 매개 기질 촉매 작용이 가능해집니다. c α 및 β 이량체화 도메인의 정렬된 서열이 표시됩니다. 두 변종 간의 서열 차이는 모두 이 하위 도메인으로 제한됩니다. 시퀀스 유사성 히스토그램은 선 위의 막대로 표시되는 높은 유사성과 선 아래의 막대로 유사성이 낮거나 없는 것으로 오버레이됩니다.