Insights estruturais sobre a ativação seletiva de pequenas moléculas de PKG1α

Biologia das Comunicações, volume 6, número do artigo: 798 (2023) Citar este artigo

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A proteína quinase I-α dependente de cGMP (PKG1α) é um alvo para hipertensão arterial pulmonar devido ao seu papel na regulação da função do músculo liso. Embora a maior parte do trabalho tenha se concentrado na regulação da renovação do cGMP, descrevemos recentemente vários compostos de ferramentas de moléculas pequenas que foram capazes de ativar o PKG1α através de uma via independente do cGMP. As moléculas selecionadas foram cristalizadas na presença de PKG1α e descobriram que se ligavam a um sítio alostérico proximal ao domínio de ligação ao nucleotídeo de baixa afinidade. Estas moléculas atuam para deslocar a hélice de comutação e causar a ativação de PKG1α, representando um novo mecanismo para a ativação e controle desta via terapêutica crítica. As estruturas descritas são vitais para a compreensão da função e do controle desta via regulatória chave.

A sinalização dependente do monofosfato de guanosina cíclico (cGMP) tem sido implicada na regulação de inúmeras vias1. Seu papel na saúde cardiovascular não pode ser subestimado. Desde a promoção do relaxamento da musculatura lisa em resposta ao óxido nítrico2,3, até a prevenção da agregação plaquetária4, e até mesmo a atenuação do receptor-1 ativado por protease do receptor de trombina (PAR-1) via regulador da sinalização da proteína G-2 (RGS2) 5, a sinalização cGMP atua para ajudar a manter e modular a função vascular normal e a pressão arterial. Estratégias bem-sucedidas para a regulação da hipertensão pulmonar concentraram-se na estimulação da guanilato ciclase solúvel ou particulada (sGC) com a primeira terapêutica desse tipo, o Riociguat, aprovado para uso nos Estados Unidos6,7. Efeitos semelhantes podem ser obtidos através da inibição da degradação do cGMP pelas fosfodiesterases (PDEs)8,9,10,11. No entanto, o direcionamento da inibição de sGC ou PDE é, em última análise, inespecífico, pois atua para aumentar os níveis de cGMP, que desempenha funções em numerosas vias a jusante, incluindo a sinalização através da proteína quinase dependente de cGMP (PKG) . Ao ativar diretamente o PKG1α, o impacto direto nos mecanismos cardioprotetores poderia ser realizado sem a complicação do efeito sistêmico inespecífico da sinalização do cGMP .

O PKG1 é encontrado em duas isoformas primárias, PKG1α e PKG1β, que são produto de splicing alternativo . A expressão cardiovascular de ambas as isoformas é difundida e implicada nos efeitos de ativação a jusante conferidos pela produção de cGMP derivada de sGC . Embora a organização do domínio seja conservada entre ambas as isoformas (Fig. 1a), a heterogeneidade é restrita ao domínio de dimerização, que contém tanto o zíper de leucina quanto os domínios autoinibitórios (Fig. 1b). A identidade geral da sequência é alta (~90%), com diferenças na sequência restritas aos primeiros 89 e 104 resíduos para PKG1α e PKG1β (~28% de identidade aos pares), respectivamente, com 100% de identidade no restante das sequências. A isoforma PKG1α é mais sensível às concentrações de cGMP do que a isoforma 1β, sugerindo que a diferença na sensibilidade é provavelmente diretamente atribuível ao domínio de dimerização que também contém um subdomínio autoinibitório (AI) . Dentro do AI encontra-se a sequência de pseudo-substrato em que o local de fosforilação S/T necessário foi substituído por G/A para α/β respectivamente . Esta identidade quase uniforme ressalta ainda mais a disparidade entre as estruturas relatadas para PKG1α e 1β (PDB: 3SHR e 4Z07, respectivamente) .

um monômero construído por PKG1α destacando domínios e subdomínios como correspondendo à representação esquemática (b) dos domínios com α visualizado no topo e β abaixo. Os limites dos resíduos de domínio para cada isoforma são indicados. O domínio regulatório consiste em um subdomínio de dimerização e um subdomínio de ligação ao cGMP. O subdomínio de dimerização consiste em um Zíper de Leucina (LZ) e uma região autoinibitória (AI) que desempenha um papel na regulação de proteínas através do Pseudo-Substrato (PS). Enquanto o subdomínio de ligação ao cGMP consiste em locais de ligação de nucleotídeos cíclicos de alta (CNB-A) e baixa afinidade (CNB-B) que se ligam diretamente ao cGMP. A ligação progressiva do cGMP a estes locais causa, em última análise, a libertação do domínio AI e a extensão do domínio catalítico para longe do domínio regulador, permitindo a catálise do substrato mediada por ATP. c As sequências alinhadas dos domínios de dimerização α e β são visíveis. Todas as diferenças de sequência entre as duas variantes estão restritas a este subdomínio. Um histograma de similaridade de sequência é sobreposto com alta similaridade indicada como barras acima da linha e baixa ou nenhuma similaridade como barras abaixo da linha.