全長タンパク質の異なる立体構造によるキナーゼPDK1の基質特異性の調節

SCIENCE SIGNALING
13 Jun 2023 Vol 16, Issue 789
[DOI: 10.1126/scisignal.add3184]

Mariana Sacerdoti¹, Lissy Z. F. Gross¹, Andrew M. Riley^{2, †}, Karin Zehnder^{3, †}, Abhijeet Ghode^{4, †}, Sebastián Klinke⁵, Ganesh Srinivasan Anand^{4, 6}, Kristina Paris^{7, 8}, Angelika Winkel³, Amanda K. Herbrand³, H. Yasmin Godage⁹, Gyles E. Cozier⁹, Evelyn Süß³, Jörg O. Schulze³, Daniel Pastor-Flores^{3, 10}, Mariela Bollini¹¹, María Victoria Cappellari¹¹, Dmitri Svergun¹², Melissa A. Gräwert¹², Pedro F. Aramendia^{11, 13}, Alejandro E. Leroux¹, Barry V. L. Potter^{2, 9, *}, Carlos J. Camacho^{7, *}, Ricardo M. Biondi^{1, 3, 14, 15, *}

1. ¹ Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires (IBioBA)—CONICET— Partner Institute of the Max Planck Society, Buenos Aires C1425FQD, Argentina.
2. ² Medicinal Chemistry and Drug Discovery, Department of Pharmacology, University of Oxford, Mansfield Road, Oxford OX1 3QT, UK.
3. ³ Department of Internal Medicine I, Universitätsklinikum Frankfurt, Theodor-Stern-Kai 7, 60590 Frankfurt, Germany.
4. ⁴ Biological Sciences, National University of Singapore, Singapore 119077, Singapore.
5. ⁵ Fundación Instituto Leloir, IIBBA-CONICET, and Plataforma Argentina de Biología Estructural y Metabolómica PLABEM, Buenos Aires C1405BWE, Argentina.
6. ⁶ Department of Chemistry, Huck Institutes of the Life Sciences, Pennsylvania State University, 104 Chemistry Building, University Park, PA 16802, USA.
7. ⁷ Department of Computational and Systems Biology, University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA 15260, USA.
8. ⁸ Department of Statistics, University of Pittsburgh, WWPH 1821, Pittsburgh, PA 15213, USA.
9. ⁹ Wolfson Laboratory of Medicinal Chemistry, Department of Life Sciences, University of Bath, Claverton Down, Bath BA2 7AY, UK.
10. ¹⁰ KBI Biopharma, Technologielaan 8, B-3001 Leuven, Belgium.
11. ¹¹ Centro de Investigaciones en Bionanociencias 'Elizabeth Jares-Erijman' CIBION, CONICET, Buenos Aires C1425FQD, Argentina.
12. ¹² European Molecular Biology Laboratory (EMBL), Hamburg Unit, 22607 Hamburg, Germany.
13. ¹³ Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física, FCEN, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires C1428EHA, Argentina.
14. ¹⁴ DKTK German Cancer Consortium (DKTK), Frankfurt, Germany.
15. ¹⁵ German Cancer Research Center (DKFZ), D-69120 Heidelberg, Germany.

* Corresponding author. Email: dabiondi@yahoo.co.uk (R.M.B.); ccamacho@pitt.edu (C.J.C.); barry.potter@pharm.ox.ac.uk (B.V.L.P.)

† These authors contributed equally to this work.

Editor's summary

キナーゼPDK1によるリン酸化は、Aktを含むいくつかのキナーゼの活性化に必須のステップである。これらのキナーゼ基質の一部は、PDK1によってリン酸化されるようになる前に、PIFポケットと呼ばれる部位に結合する必要がある。Sacerdotiらは、ドメインの相対位置が変化して異なる基質特異性をもつ、PDK1の異なる立体構造を同定した（Martínez-ArenasとBayascasによるFocusを参照）。別々の部位に結合する低分子により、PDK1の二量体化を阻害すると、PIFポケットへの近接が異なりAktをリン酸化する能力を有する、異なる単量体の立体構造が安定化された。PDK1は細胞の成長と生存を促進する複数のキナーゼを活性化するため、これらの結果は抗がん治療のためにPDK1活性を選択的に操作する方法を提供する可能性がある。—Wei Wong

要約

少なくとも23種類の異なる哺乳類キナーゼの活性化に、キナーゼPDK1によるそれらの疎水性モチーフのリン酸化が必要である。ホスホイノシチド結合PHドメインと、PIFポケットと呼ばれる基質のドッキング部位を含む触媒ドメインの間は、リンカーが接続する。本稿で、われわれはケミカルバイオロジーの手法を用いて、PDK1が基質特異性の異なる少なくとも3つの異なる立体構造の間の、平衡状態で存在することを示した。イノシトールポリリン酸誘導体HYG8はPHドメインに結合し、PHドメインが触媒ドメインと結合しPIFポケットがアクセス可能な単量体立体構造を安定化することによってPDK1の二量体化を阻害した。脂質の非存在下では、HYG8はAkt（PKBとも呼ばれる）のリン酸化を強力に阻害したが、PDK1の固有活性や、PIFポケットへのドッキングを必要とするSGKのリン酸化には影響を与えなかった。対照的に、低分子バルサルタンはPIFポケットに結合し、第2の異なる単量体立体構造を安定化した。われわれの研究は全長PDK1の動的立体構造を明らかにしたもので、その構造において触媒ドメインに対するリンカーとPHドメインの位置がPDK1の基質の選択的リン酸化を決定している。この研究はさらに、PDK1の下流のシグナル伝達を選択的に調節する薬剤設計の新しい手法を示唆している。