Aperçu structurel de l'activation sélective de petites molécules de PKG1α

Biologie des communications volume 6, Numéro d'article : 798 (2023) Citer cet article

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La protéine kinase I-α (PKG1α) dépendante du GMPc est une cible de l'hypertension artérielle pulmonaire en raison de son rôle dans la régulation de la fonction des muscles lisses. Alors que la plupart des travaux se sont concentrés sur la régulation du renouvellement du GMPc, nous avons récemment décrit plusieurs composés outils à petites molécules capables d'activer la PKG1α via une voie indépendante du GMPc. Les molécules sélectionnées ont été cristallisées en présence de PKG1α et se sont révélées se lier à un site allostérique proche du domaine de liaison des nucléotides de faible affinité. Ces molécules agissent pour déplacer l’hélice de commutation et provoquer l’activation de PKG1α, ce qui représente un nouveau mécanisme pour l’activation et le contrôle de cette voie thérapeutique critique. Les structures décrites sont essentielles à la compréhension du fonctionnement et du contrôle de cette voie de régulation clé.

La signalisation dépendante de la guanosine monophosphate cyclique (GMPc) a été impliquée dans la régulation de nombreuses voies1. Son rôle dans la santé cardiovasculaire ne peut être sous-estimé. De la promotion de la relaxation des muscles lisses en réponse à l'oxyde nitrique2,3, à la prévention de l'agrégation plaquettaire4, et même à l'atténuation du récepteur activé par la protéase-1 (PAR-1) du récepteur de la thrombine via le régulateur de la signalisation de la protéine G-2 (RGS2) 5, la signalisation GMPc agit pour aider à maintenir et à moduler la fonction vasculaire et la pression artérielle normales. Les stratégies réussies de régulation de l'hypertension pulmonaire se sont concentrées sur la stimulation de la guanylate cyclase (sGC) soluble ou particulaire avec le premier traitement de ce type, Riociguat, dont l'utilisation a été approuvée aux États-Unis6,7. Des effets similaires peuvent être obtenus grâce à l'inhibition de la dégradation du GMPc par les phosphodiestérases (PDE)8,9,10,11. Cependant, le ciblage de l'inhibition de la sGC ou de la PDE n'est finalement pas spécifique car il agit en augmentant les niveaux de GMPc qui joue un rôle dans de nombreuses voies en aval, y compris la signalisation via la protéine kinase (PKG) dépendante du GMPc1,12. En activant directement la PKG1α, un impact direct sur les mécanismes cardioprotecteurs pourrait être réalisé sans la complication de l'effet systémique non spécifique de la signalisation du GMPc13.

PKG1 se trouve dans deux isoformes primaires, PKG1α et PKG1β, qui sont le produit d'un épissage alternatif14. L'expression cardiovasculaire des deux isoformes est répandue et impliquée dans les effets d'activation en aval induits par la production de GMPc dérivée de la sGC15. Bien que l'organisation du domaine soit conservée entre les deux isoformes (Fig. 1a), l'hétérogénéité est limitée au domaine de dimérisation, qui contient à la fois la fermeture éclair de leucine et les domaines auto-inhibiteurs (Fig. 1b). L'identité globale de la séquence est élevée (~ 90 %), les différences de séquence étant limitées aux 89 et 104 premiers résidus pour PKG1α et PKG1β (~ 28 % d'identité par paire), respectivement, avec 100 % d'identité dans le reste des séquences. L'isoforme PKG1α est plus sensible aux concentrations de GMPc que l'isoforme 1β, ce qui suggère que la différence de sensibilité est probablement directement attribuable au domaine de dimérisation qui contient également un sous-domaine auto-inhibiteur (AI) 14,16,17. Au sein de l'IA se trouve la séquence de pseudo-substrat dans laquelle le site de phosphorylation S/T requis a été remplacé par G/A pour α/β respectivement 18,19. Cette identité quasi uniforme souligne encore la disparité entre les structures rapportées pour PKG1α et 1β (PDB : 3SHR et 4Z07, respectivement)20,21.

un monomère construit par PKG1α mettant en évidence les domaines et sous-domaines correspondant à la représentation schématique (b) des domaines avec α visualisé en haut et β en dessous. Les limites des résidus de domaine pour chaque isoforme sont indiquées. Le domaine de régulation se compose d'un sous-domaine de dimérisation et d'un sous-domaine de liaison au GMPc. Le sous-domaine de dimérisation se compose d'une Leucine Zipper (LZ) et d'une région auto-inhibitrice (AI) qui joue un rôle dans la régulation des protéines via le pseudo-substrat (PS). Alors que le sous-domaine de liaison au GMPc est constitué de sites de liaison nucléotidiques cycliques de haute (CNB-A) et de faible affinité (CNB-B) qui se lient directement au GMPc. La liaison progressive du GMPc à ces sites provoque finalement la libération du domaine AI et l'extension du domaine catalytique loin du domaine régulateur, permettant une catalyse du substrat médiée par l'ATP. c Les séquences alignées des domaines de dimérisation α et β sont visibles. Toutes les différences de séquence entre les deux variantes sont limitées à ce sous-domaine. Un histogramme de similarité de séquence est superposé avec une similarité élevée indiquée sous forme de barres au-dessus de la ligne et une similarité faible ou inexistante sous forme de barres en dessous de la ligne.