Cysteïnekathepsine Activiteitsregulatie door glycosaminoglycanen

Abstract

Cysteïnekathepsinen zijn een groep enzymen die normaal in de endolysosomen worden aangetroffen, waar ze voornamelijk betrokken zijn bij de intracellulaire eiwitomzetting, maar ook een cruciale rol spelen bij de MHC II-gemedieerde antigeenverwerking en-presentatie. Nochtans, in een aantal pathologieën werden cysteine cathepsins gevonden om zwaar upregulated en in extracellulair milieu worden afgescheiden, waar zij werden gevonden om een aantal extracellulaire proteã nen te degraderen. Een belangrijke rol in het moduleren van cathepsine-activiteiten speelt glycosaminoglycanen, die niet alleen hun autocatalytische activatie faciliteren, ook bij neutrale pH, maar ook hun activiteiten kritisch moduleren, zoals in het geval van de collagenolytische activiteit van cathepsine K. de interactie tussen cathepsines en glycosaminoglycanen zal in meer detail worden besproken.

1. Inleiding

Cysteine cathepsinen behoren tot de papaïne-achtige cysteine peptidase familie . Ondanks het feit dat de elf cysteã ne cathepsinen die bij de mens worden gevonden slechts een klein deel van het menselijke proteolytische repertoire vertegenwoordigen, hebben deze enzymen veel aandacht getrokken voor hun uiteenlopende rollen in fysiologische en pathologische processen die variëren van niet-specifieke eiwitomzetting binnen de endolysosomale route tot zeer gespecialiseerde functies in weefselhomeostase. Een aantal uitstekende recensies zijn onlangs gepubliceerd, een samenvatting van de structurele en functionele kenmerken van cysteine cathepsines in gezondheid en ziekte .

alle cathepsinen delen dezelfde structurele steiger, ook wel de papaïne-achtige vouw genoemd. De structuur bestaat uit twee subdomeinen die de l – en R-domeinen zijn genoemd verwijzend naar hun positie wanneer de molecule in de standaardoriëntatie (figuur 1) wordt getoond. De actieve plaatsspleet bevindt zich aan de bovenkant van het molecuul tussen de l-en R-domeinen en bevat de behouden katalytische Dyade Cys-His (gekenmerkt door gele en blauwe bollen in Figuur 1, resp.). In het algemeen, papaïne-achtige peptidases kunnen fungeren als endo – of exopeptidases. In een typische endopeptidase is de primaire specificiteitsdeterminant de S2-plaats en de goed bepaalde plaatsen op het enzym interageren met residuen P3 door P2′ van het substraat . Vijf van de elf menselijke leden van de familie (cathepsins F, K, L, S, en V) zijn uitsluitend endopeptidases, cathepsine B is ook een peptidyldipeptidase, cathepsine X is een carboxypeptidase, cathepsine H is een aminopeptidase, en cathepsine C is een dipeptidylpeptidase. De proteolytische activiteit van de overige twee leden, cathepsins O en W, moet nog worden bepaald . De meeste cysteine cathepsines worden alom uitgedrukt in het menselijk lichaam, terwijl sommige (cathepsines K, S, V en W) worden uitgedrukt in meer beperkte patronen . Cathepsine K wordt overvloedig uitgedrukt in osteoclasten en synoviale fibroblasten maar wordt ook gevonden in andere cellen van hematopoietic, epithelial, en fibroblast lijnen . De hoogste expressieniveaus van cathepsine S worden gevonden in antigeen-presenterende cellen , cathepsine V wordt voornamelijk uitgedrukt in thymus en testis , en de expressie van cathepsine W is beperkt tot CD8+ – lymfocyten en natural killer-cellen .

figuur 1
de papaïne-achtige peptidase vouw geïllustreerd op de kristalstructuur van papaïne. De proteã ne wordt getoond in beeldverhaalrepresentatie en de positie van de actieve plaats wordt gespleten door een pijl. Katalytische residuen Cys en zijn worden weergegeven als gele en blauwe bollen, respectievelijk. Coördinaten werden verkregen van de Eiwitdatabank onder toetredingscode 1PPN. Het beeld is gemaakt met PyMOL (Schrödinger, LLC, Portland, OR, USA).

2. Regulatie van cysteïne Cathepsines activiteit

zymogen activering is een van de belangrijkste middelen van regulatie van cathepsine activiteit. Alle cathepsines zijn namelijk gesynthetiseerd als inactieve zymogenen en geactiveerd in het zure milieu van de endolysosomale blaasjes. Het moleculaire mechanisme van hun activering was lange tijd raadselachtig. Belangrijke informatie kwam uit de combinatie van structurele studies van procathepsins B, K, en L, waaruit bleek dat het propeptide loopt door de actieve site van cathepsins in de tegenovergestelde richting van het substraat, dus met uitzondering van de decolleté van het propeptide in het molecuul zonder enorme en energetisch ongunstige structurele bewegingen van het propeptide , waardoor de unimolecular mechanisme in eerste instantie voorgesteld en gedetailleerde kinetische studies, die duidelijk aangetoond dat de activering van respectievelijk cathepsine B is een bimolecular proces . Het huidige model, dat grotendeels gebaseerd is op de studies van cathepsine B, suggereert dat het propeptide in de cathepsine zymogen schakelt tussen twee conformaties, de zogenaamde “gesloten” en “open”.”In de” gesloten ” bouw, voorkeur bij neutrale tot licht zure pH, blokkeert het propeptide de actieve plaats en verhindert substraathydrolyse, terwijl, in de “open” vorm, voorkeur bij zure pH onder pH 5.0, het propeptide uit de actieve zijspleet wordt verwijderd, resulterend in een lage katalytische activiteit van zymogen. Deze activiteit is voldoende om een andere cathepsine zymogen in één of meerdere stappen te activeren, waardoor de kettingreactie wordt gestart, waar dergelijke volledig actieve Rijpe cathepsine B de meerderheid van de zymogenmoleculen verwerkt .

de andere belangrijke regulatoren van cysteine cathepsines zijn macromoleculaire remmers die zich binden aan de actieve plaats en daardoor voorkomen dat peptidase wordt geassocieerd met het substraat. Ze behoren tot verschillende families, waaronder de cystatinen, de thyropinen en de serpinen die naast serineproteasen ook verschillende cathepsinen kunnen remmen .

3. Glycosaminoglycanen als belangrijkste regulatoren van Cysteine cathepsine-activiteit

glycosaminoglycanen (GAGs) zijn heteropolysachariden die bestaan uit herhalende disacharide-eenheden met een hoge negatieve lading. Dit is een gevolg van de aanwezigheid van meerdere carboxylgroepen en sulfaatsubstituties. De meeste Gag ‘ s zijn gesulfateerd, waaronder chondroïtinesulfaten (CS), keratansulfaat (KS), dermatansulfaat (DS), heparansulfaat (HS) en heparine, terwijl hyaluronan (HA) de enige niet-gesulfateerde GAG is. In de afgelopen jaren GAGs zijn ontstaan als belangrijke regulatoren van cysteïne cathepsines met diverse effecten op hun doelstellingen. Traditioneel werden cysteine cathepsinen gezien als lysosomale proteasen en, net als andere lysosomale enzymen, was bekend dat ze geremd werden door intralysosomale GAGs in het rustende lysosoom . Vandaag, echter, cysteine cathepsins worden vastgesteld als belangrijke spelers in extracellulaire proteolyse . Hun werking in de glycosaminoglycaanrijke extracellulaire omgeving deed vragen rijzen over de wisselwerking tussen cysteine cathepsines en gag ‘ s buiten het lysosoom. De twee groepen endogene humane cysteine cathepsinen die het meest geassocieerd worden met extracellulaire proteolyse zijn cathepsine l-achtige proteasen (cathepsinen K, L, S en V bij mensen) en cathepsine B . De gegevens die in de afgelopen twee decennia worden verzameld tonen aan dat de interactie tussen deze peptidases en GAGs beide kanten opgaat; cysteine cathepsins kunnen proteoglycan kernproteã nen splijten en daardoor GAGs van hun steun vrijgeven, terwijl GAGs op hun beurt zowel de activiteit als de stabiliteit van cysteine cathepsins in de extracellulaire ruimte beà nvloeden.

de regulatie van papaïne-achtige cysteïnepeptidasen door Gag ‘ s werd voor het eerst beschreven voor cathepsine L . In deze vroege werken werd gevonden dat GAGs en diverse negatief geladen oppervlakken de activering van cathepsine l zymogen in de rijpe vorm aanzienlijk versnellen, met inbegrip van bij pH dicht bij neutraal, zoals ook gevonden in het extracellulaire milieu in diverse ziektevoorwaarden. Dit is bevestigd voor verschillende andere cathepsines, de belangrijkste zijn cathepsines B en S, en zelfs voor een T. congolense parasiethomoloog congopain, wat suggereert dat Gag ‘ s en andere negatief geladen oppervlakken een belangrijke rol kunnen spelen bij extracellulaire cathepsine-activering bij ziekte. Recente bevindingen met cathepsine S bij hoge GAG-concentratie suggereren echter dat dit enzym zich onder dergelijke omstandigheden enigszins anders kan gedragen met chondroïtine-4-sulfaat (C4S), zelfs met een vertragend effect . Niettemin, werd het vergemakkelijken van autocatalytische activering van cathepsins door negatief geladen polysaccharide dextran sulfate ook een routinemethode in voorbereiding van recombinante cathepsins .

De meeste informatie over het moleculaire mechanisme van GAG-ondersteunde cathepsine-activering kwam uit een studie van Caglič et al. met behulp van menselijke cathepsine B als model . Zoals getoond, GAGs lijken bij te dragen aan de verwerking op twee manieren. Ten eerste lijken ze na binding de cathepsine zymogen om te zetten in een beter substraat. Ten tweede, binding van Gag ‘ s blijkbaar begunstigt de open bouw van de zymogen, waardoor activering niet alleen bij zure pH, maar ook bij pH-waarden dichter bij neutraal. Dit lijkt het geval te zijn voor de meeste Gag ’s en hangt niet in belangrijke mate af van de ladingsdichtheid van Gag’ s, aangezien HA ook in staat was om de activering te versnellen, zij het in mindere mate, wat ongebruikelijk is voor een eiwit-GAG-interactie. Bovendien was al een tetrasaccharide voldoende voor een opvallende versnelling van de autoactivering van cathepsine B, die aanzienlijk kleiner is dan bij een aantal andere GAG-gemedieerde reacties . De interactie wordt gemedieerd door ionische interacties; er lijkt echter geen GAG-bindingsoppervlak op de zymogenen te zijn behouden, aangezien volledig niet-verwante residuen in procathepsinen L en B, die grotendeels op de prodomains waren gevestigd, de interactie bleken te regelen .

de andere belangrijke rol van Gag ‘ s in de regulatie van cathepsineactiviteit kwam uit de studies met papaïne, de archetypische vertegenwoordiger van de familie . Deze wijze van regelgeving kreeg snel meer aandacht met de ontdekking dat chondroitine-Sulfaat van kraakbeen prominent de collagenolytische activiteit van cathepsine K verhoogde . Deze bijzondere peptidase was ontdekt een paar jaar voorafgaand als enige protease verantwoordelijk voor collageendegradatie in Been het remodelleren en onmiddellijk erkend als potentiële drugkandidaat voor de behandeling van metabolische beenziekten, zoals osteoporose . De interactie van cathepsine K met chondroïtine-sulfaat en andere glycosaminoglycanen werd later in detail onderzocht vanuit zowel de structurele als functionele perspectieven en glycosaminoglycanen zijn erkend als de eerste bekende allosterische regulatoren van een cysteine cathepsine peptidase , zoals in detail beschreven in de volgende secties. Tegelijkertijd zijn functioneel relevante interacties met glycosaminoglycanen ook gedocumenteerd voor andere leden van de cysteine cathepsine familie. Samen genomen, is gebleken dat glycosaminoglycanen zowel de activiteit als de stabiliteit van cysteine cathepsinen beïnvloeden. Kinetische profielen zijn meestal consistent met hyperbolische mechanismen, wat wijst op interacties met enzymen buiten de actieve site, mogelijk via allosterische mechanismen. Het stabiliserende effect is vooral belangrijk vanwege de relatieve instabiliteit van cysteine cathepsines bij neutrale pH die in de extracellulaire matrix wordt aangetroffen.

4. Regulering van de cathepsine K-Activiteit en stabiliteit

van alle papaïne-achtige peptidasen is cathepsine K vastgesteld als de cathepsine die het nauwst verbonden is met glycosaminoglycanen. Het werd oorspronkelijk geïdentificeerd als een protease die voornamelijk tot expressie kwam in osteoclasten en de verminderde activiteit ervan bleek te resulteren in ernstige botaandoeningen . Cathepsine K is een collagenase met unieke activiteit onder zoogdierpeptidases, die specifiek door glycosaminoglycans via allosteric mechanismen wordt gemoduleerd . Vanwege zijn centrale rol in bot turnover, wordt cathepsine K momenteel beschouwd als een van de meest veelbelovende doelen voor de behandeling van osteoporose . Naast botremodellering is cathepsine K betrokken bij diverse fysiologische en pathologische processen (zie voor een recent overzicht ). Het kan een aantal extracellulaire substraten, met inbegrip van proteoglycans splijten , om actieve glycosaminoglycans vrij te geven, die op zijn beurt zijn activiteit moduleren. In kraakbeen degradeert cathepsine K zowel type I-als type II-collagenen en draagt zo bij aan de ontwikkeling van verschillende ontstekingsgewrichtsziekten . Bovendien is cathepsine K geassocieerd met hart-en vaatziekten, obesitas, schizofrenie en kanker .

de interactie van cathepsine K met verschillende glycosaminoglycanen is grondig onderzocht. Hoewel verscheidene aspecten van deze interactie ongrijpbaar blijven, suggereren de verzamelde gegevens dat de interactie heterogeen en divers zijn en waarschijnlijk veelvoudige bindingsplaatsen op het enzym impliceren. Chondroïtine-4-sulfaat (C4S) werd aanvankelijk geïdentificeerd als de GAG met het meest dramatische effect op cathepsine K terwijl de effecten van chondroïtine-6-sulfaat (C6S), dermatan sulfaat (DS) en hyaluronan (HA) zwakker waren. Alle geteste Gag ‘ s verhoogden de stabiliteit van cathepsine K over een breed pH-bereik. C4S had het meest opvallende effect op de afbraak van collagenen van de typen I en II door cathepsine K , terwijl het effect op de hydrolyse van een synthetisch substraat vrijwel identiek was aan dat van C6S en DS en resulteerde in een tweevoudige verhoging van de waarden van de specificiteitsconstante . In een latere studie bleken keratan sulfaat (KS) en C6S een stimulerend effect te hebben op cathepsine K vergelijkbaar met dat van C4S, terwijl heparine en HS een beperkt effect hadden op de collagenolytische activiteit van cathepsine K . Vroege experimenten hebben ook gesuggereerd dat complexe vorming met CS noodzakelijk is voor de collagenolytische activiteit van cathepsine K ; nochtans, hebben recente bevindingen aangetoond dat type I collageen ook efficiënt kan worden afgebroken in afwezigheid van glycosaminoglycans . Niettemin is aangetoond dat in het bot aanwezige Gag ‘ s de collagenolytische activiteit van cathepsine K versterken en dat endogene GAG-concentraties in het bot voldoende waren voor een maximaal effect op de activiteit van cathepsine K .

het kinetische mechanisme van het effect van CS, DS en heparine (HP) op cathepsine K werd ook in detail onderzocht bij fysiologische plasma pH van 7,4. Onder deze omstandigheden werden CS en DS gekarakteriseerd als niet-essentiële activatoren met een overheersend effect op de affiniteit voor het substraat . DS was effectiever dan CS, wat werd toegeschreven aan de grotere flexibiliteit als gevolg van minder intramoleculaire waterstofbindingen . Intrinsieke fluorescentie gaf aan dat de binding van Gag ‘ s de bouw van cathepsine K. beïnvloedt. in tegenstelling tot experimenten die bij pH 5.5 worden uitgevoerd, fungeerden CS en DS als inhibitors van collageenafbraak bij fysiologische plasma pH.in tegenstelling, was het kinetische mechanisme van heparine bifasisch, die interactie met twee verschillende plaatsen op het enzym aangeven. In totaal was heparine een sterke activator van cathepsine K bij fysiologische plasma-pH, waardoor zowel de collagenolytische als de elastinolytische activiteit werd verhoogd. Bovendien had heparine onder deze omstandigheden een sterk stabiliserend effect op cathepsine K, resulterend in een meer dan 5-voudige toename van de halfwaardetijd van het enzym .

5. Structurele Basis voor de interactie tussen cathepsine K en GAGs

de kristalstructuur van cathepsine K en C4S onthulde de structurele basis voor de interactie . De bindingsplaats bevindt zich op de achterkant van cathepsine K en interageert met drie disaccharide-eenheden van CS in de kristalstructuur (Figuur 2(a)). Zoals gewoonlijk wordt de interactie tussen glycosaminoglycaan en eiwit meestal gemedieerd door elektrostatische interacties tussen de negatief geladen GAG-keten en positief geladen residuen op het enzym. De Binding van chondroïtine-sulfaat veroorzaakt geen significante conformationele veranderingen in cathepsine K in vergelijking met CS-vrije cathepsine K. omgekeerd, wordt de CS-keten gebogen op het binden aan cathepsine K (Figuur 2(b)). Het grootste deel van de conformationele verandering kan worden toegeschreven aan de interactie met een kort spiraalvormig gebied Arg8-Lys9-Lys10 dat interageert met vier negatief geladen groepen op CS (Figuur 2(c)). Verdere nauwe contacten omvatten Asp6, Ile171, Gln172, Asn190, Lys191, en Leu195 en een paar extra watergemedieerde contacten .

(a)
(a)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)

(a)
(a)(b)
(b)(c)
(c)(d)
(d)

Figure 2
Interactions between human cathepsin K and GAGs. (a) Crystal structure of the cathepsin K/chondroitin-4-sulfate (C4S) complex. Het eiwit wordt getoond in beeldverhaalrepresentatie en C4S wordt getoond als stokken. (B) conformationele verandering in C4S na binding aan cathepsine K. (C) Gedetailleerde weergave van de interactie in panel (a). C4S wordt weergegeven als sticks. De ruggengraat van cathepsine K wordt weergegeven als linten en resten die interageren met C4S worden weergegeven als stokken. d) plaats van de voorspelde tweede heparinebindingsplaats in cathepsine K. positief geladen residuen die een interactie met heparine vertonen, worden weergegeven als blauwe sticks. Voor oriëntatie wordt C4S gebonden op de eerste bindingsplaats weergegeven als stokken. De positie van de actieve site gespleten wordt gemarkeerd door een pijl. Coördinaten van het cathepsine K / C4S complex werden opgehaald uit de eiwit databank onder toetredingscode 3C9E. de oplossingsstructuur van C4S werd gemodelleerd met behulp van gegevens van . Alle afbeeldingen zijn gemaakt met PyMOL.

het kinetisch gedrag van DS was analoog aan dat van CS: daarom werd voorgesteld dat het op dezelfde manier met cathepsine K samenwerkt als CS . Heparine, aan de andere kant, werd voorgesteld om aan twee plaatsen op cathepsine K volgens zijn kinetisch profiel te binden. Terwijl de eerste bindende plaats werd voorgesteld om met dat Voor CS/DS identiek te zijn, werd de tweede bindende plaats voorspeld op de bodem van de molecule door chemische kruis-verbindende experimenten en computationele modellering . Vanuit een structureel perspectief is de voorspelde bindingsplaats een voortzetting van de CD/DS-bindingsplaats en bestaat uit verschillende basisresiduen (Lys10, Lys40, Lys41, Arg108, Arg111, Arg127 en Lys214) georganiseerd in een ringvormige structuur (Figuur 2(d)). Kinetische experimenten hebben bevestigd dat heparine tegelijkertijd aan beide plaatsen kan worden gebonden . Er moet echter nog worden bepaald of hiervoor één HP-keten nodig is die tegelijkertijd met beide locaties samenwerkt of twee afzonderlijke HP-ketens. Dit is niet duidelijk voor de interactie van andere GAGs met de tweede HP-bindende site.

6. Interacties van Gag ‘ s met Cathepsines s en B

afgezien van cathepsine K is aangetoond dat twee andere humane papaïne-achtige peptidasen, cathepsines S en B, gereguleerd worden door glycosaminoglycanen in hun rijpe vorm . Cathepsine S, de nauwste verwant van cathepsine K, is ongebruikelijk bij cysteine cathepsinen omdat ze stabiel zijn bij neutrale pH . Cathepsine s heeft belangrijke fysiologische rollen in antigeen-presenterende cellen als belangrijkste protease in antigeenverwerking en werd onlangs gevonden om door C4S worden geregeld . In tegenstelling tot het activeringseffect dat werd waargenomen met cathepsine K, fungeerde C4S als een remmer van de afbraak van type IV collageen door cathepsine S. inhibitie werd ook waargenomen met HS, terwijl HP, DS, C6S en HA de proteolytische activiteit van cathepsine s licht verhoogde met type IV collageen als substraat. C4S, C6S en HS remde ook de hydrolyse van Z-Phe-Arg-AMC via een gedeeltelijk, gemengd mechanisme. Vergelijkbaar met cathepsine K, werden subtiele conformationele veranderingen in cathepsine s waargenomen op binding van C4S door intrinsieke fluorescentiespectroscopie. Drie bindingsplaatsen voor C4S werden voorspeld op cathepsine s door moleculaire docking (Figuur 3(a)). Een van de voorgestelde plaatsen is de actieve plaats, die echter niet in overeenstemming is met het waargenomen gemengde inhibitieprofiel van C4S; de tweede bevindt zich aan de onderkant rechts van het molecuul en komt overeen met de recent geà dentificeerde allosterische plaats in cathepsine K , terwijl de derde zich op de bodem van het molecuul bevindt en ruwweg overeenkomt met de secundaire heparine-bindende plaats die in cathepsine K wordt geà dentificeerd .

(a)
(a)
(b)
(b)
(c)
(c)

(a)
(a)(b)
(b)(c)
(c)

Figure 3
Predicted GAG-binding sites in papain-like peptidases. (a) Three predicted CS-binding sites in cathepsin S. (b) Two predicted HS/HP-binding sites in cathepsin B. (c) The conserved GAG-binding motif in papain. De voorspelde plaatsen worden in cirkels getoond en positief geladen residuen op elke plaats worden getoond als blauwe stokken en geëtiketteerd. De positie van de actieve site gespleten wordt gemarkeerd door een pijl. Alle coördinaten werden verkregen van de Eiwitdatabank (toetredingscodes: 1NQC voor cathepsine S, 3AI8 voor cathepsine B, en 1ppn voor papaïne, resp.). Alle afbeeldingen zijn gemaakt met PyMOL.

cathepsine B is uniek onder cysteine cathepsinen omdat het zowel een endopeptidase als een peptidyldipeptidase is, afhankelijk van de bouw van de afsluitende lus, een cathepsine B-specifieke structuur die zorgt voor een pH-specifieke schakelaar tussen beide activiteiten . In het lysosoom, beperkt de lage pH het protease tot een gesloten, exopeptidase bouw, terwijl de bijna neutrale pH van het extracellulaire milieu endopeptidase activiteit van cathepsine B bevordert . Extracellulaire cathepsine B wordt meestal geassocieerd met kanker en verschillende soorten artritis . Het protease gelokaliseerd aan de celoppervlakte in verscheidene studies en bleek bij celmigratie onder zowel fysiologische als pathologische voorwaarden te zijn betrokken . Op moleculair niveau, werd het getoond om een aantal extracellulaire substraten, met inbegrip van laminine, type IV collageen, en fibronectin te splitsen . Onlangs, is cathepsin B ook voorgesteld om een β-secretase te zijn die amyloid β peptides in secretorische blaasjes van neuronale chromaffin cellen produceert . Nochtans, is het ook getoond om amyloid deposito ‘ s in een diermodel te degraderen en is het algemene resultaat voorgesteld te worden bepaald door het evenwicht tussen cathepsine B en zijn endogene inhibitor cystatine C .

Binding van HP of HS blijkt de stabiliteit van het verder instabiele enzym bij alkalische pH (8,0) te verhogen, terwijl de activiteit van het enzym langs het gehele pH-profiel van het enzym enigszins wordt verminderd . Computationele simulaties hebben voorspeld dat heparine de bouw van het molecuul onder deze omstandigheden stabiliseert en hebben twee vermeende GAG-bindingsplaatsen voorspeld (Figuur 3(b)), één aan elke kant van het enzym . De veronderstelde bindingsplaats in het L-domein bestaat uit vijf basisresiduen (Arg85, Lys86, Lys130, Lys141 en Lys144), terwijl die in het R-domein slechts twee bevat (Lys158 en Arg235). De auteurs hebben gesuggereerd dat de bindingsplaats in het R-domein een hogere affiniteit heeft voor kortere GAG-fragmenten, zoals de heparinedisacharide die in hun docking-simulaties wordt gebruikt, terwijl die in het L-domein waarschijnlijk relevanter is voor de binding van langere GAG-fragmenten .

7. Interacties van Gag ’s met andere papaïne-achtige peptidasen

interessant is dat papaïne ook interactie vertoont met gag’ s. Hoewel deze interacties geen fysiologische relevantie hebben, wijzen ze op evolutionair behouden regulatiemechanismen binnen de familie. HP remde papaïne door een hyperbolisch gemengd mechanisme en beïnvloedde zijn bouw . Een klassieke heparine-bindende consensusreeks werd geïdentificeerd in papaïne, in de vorm van de sequentie 187-Ile-Arg-Ile-Lys-Arg-Gly-192. Structureel bevindt deze sequentie zich aan de rechterkant van het molecuul (Figuur 3(c)) in een gebied dat tussen beide allosterische plaatsen ligt die bekend zijn bij cathepsine K.

daarnaast zijn een paar voorbeelden beschreven van proteasen van protozoaire parasieten die interageren met gag ‘ s, wat wijst op de mogelijkheid van hun invloed op gastheer-parasiet interacties. Het cathepsine l homolog brucipain, een cruciale virulentiefactor van de protozoaire parasiet Trypanosoma brucei, is allosterisch gemoduleerd door HS. Het effect van HS in deze studie was subtiel en het had de mogelijkheid om substraatremming door een klein dipeptidesubstraat (Z-Phe-Arg-AMC) om te keren . Een sterker effect van HS werd waargenomen voor cruzipain van de verwante parasiet Trypanosoma cruzi. In dit geval, was HS een activator van peptidase die een significante (tot 6-voudige) verhoging van de activiteit van peptidase veroorzaakte die met een synthetisch substraat wordt gemeten. Bovendien verhoogde HS de afgifte van kinine uit kininogeen met een hoog molecuulgewicht door cruzipain zowel in vitro als door levende trypomastigoten en verminderde het de remmende eigenschappen van kininogeen naar cruzipain . Ook werd onlangs aangetoond dat HP de activiteit van de cathepsine l-achtige peptidase rCPB2.8 van Leishmania mexicana moduleert . In dit geval remde HP en HS, maar niet CS of DS, de hydrolyse van Z-Phe-Arg-AMC door een hyperbolisch gemengd mechanisme en beà nvloedde de bouw van het eiwit . Al met al tonen deze voorbeelden aan dat interacties met gag ‘ s niet beperkt zijn tot endogene cysteine cathepsines maar ook diverse rollen kunnen spelen in gastheer-pathogeen interacties en kunnen optreden als onderdeel van de verdediging van het lichaam tegen binnenvallende pathogenen of als factoren die bijdragen aan de invasieve mechanismen van de ziekteverwekker.

8. Farmacologische Targeting

cathepsine K is momenteel het meest aantrekkelijke geneesmiddelendoel van de cathepsinen, hoewel cathepsine S ook een relevant doel is bij ziekten geassocieerd met een verhoogde immuunrespons, zoals bronchiale astma en psoriasis . Verschillende cathepsine K-remmers zijn momenteel in ontwikkeling, die zich richten op de actieve plaats van het enzym (verzameld in ). Op dit moment is odanacatib (Merck & Co., Incl., Whitehouse Station, NJ, USA), een Nitril-kernkop bevattende remmer, zeer selectief voor cathepsine K . Fase III klinische studies voor odanacatib zijn met succes afgerond en aanvragen voor goedkeuring zullen naar verwachting binnenkort worden ingediend. Indien goedgekeurd, zal de drug zich in de markt tegen andere nieuwe generatie drugs, zoals anti-RANK-ligand antilichaam denosumab (Amgen, Inc., Thousand Oaks, CA, USA) en de teriparatide, een recombinante vorm van parathyroïdhormoon (Eli Lilly and Company, Indianapolis, IN, USA), evenals de gevestigde bisfosfonaten . Het richten van de cathepsine K / chondroïtine-sulfaat interactie zou een alternatief voor deze behandelingen vertegenwoordigen. Endogeen chondroïtinesulfaat is voldoende om een maximaal activeringseffect op cathepsine K te vertonen en de spijsvertering vermindert de activiteit van cathepsine K met 40% . Een vermindering van de botomzet van deze omvang zou waarschijnlijk voldoende zijn voor de behandeling van patiënten met een minder ernstige vermindering van de botdichtheid. Een bijkomend voordeel zou zijn dat de activiteit van cathepsine K als zodanig, alsmede de levensvatbaarheid en het aantal cellen van osteoclasten en osteoblasten ongestoord zouden blijven.

belangenconflict

De auteurs verklaren dat er geen belangenconflict is met betrekking tot de publicatie van dit artikel.

erkenning

het werk werd ondersteund door subsidies van het Sloveense onderzoeksbureau (P1-0140 en J1-3602) aan Boris Turk.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.