Regulace aktivity aspartátových a serinových proteas pomocí selektivních přirozených inhibitorů

Abstract

Proteasy se účastní řady významných fyziologických procesů a jejich nedostatečná kontrola je spojena s řadou patologií. Přirozené inhibitory představují účinný nástroj pro regulaci jejich aktivity. Disertační práce se zaměřuje na živočišné a rostlinné inhibitory aspartátových a serinových proteas a přináší identifikaci, biochemickou charakterizaci a strukturní popis jejich mechanismu inhibice. Rostlinné inhibitory z Kunitzovy rodiny jsou produkované jako obranné proteiny s unikátní schopností blokovat široké spektrum proteas. V této práci byl s využitím metod funkční proteomiky popsán trávicí proteolytický systém mandelinky bramborové, herbivorního škůdce lilkovitých rostlin. Byl podán přímý důkaz, že trávicí aspartátové a serinové proteasy tohoto herbivora jsou efektivně blokovány pomocí dvou Kunitzových inhibitorů (nazývaných PCDI a PSPI), které jsou produkované v lilku brambor. Pomocí strukturní analýzy byly na molekulách PCDI a PSPI identifikovány nové typy reaktivních center pro inhibici aspartátových proteas typu katepsinu D a serinových proteas typu trypsinu a chymotrypsinu. Popis reaktivního centra na PCDI inhibitoru společně s krystalovou strukturou trávicí proteasy typu katepsinu D mandelinky bramborové umožnilo vysvětlit mechanismus jejich vzájemné interakce. Pro lidský katepsin D byly...

Proteases are involved in many physiological processes and their dysregulation is associated with various pathologies. Protease activity is effectively controlled by natural inhibitors. This PhD thesis is focused on the inhibitors of aspartic and serine proteases of animal and plant origin and provides the identification, biochemical characterization and structural description of their inhibition mechanisms. Plant Kunitz inhibitors are produced as defensive proteins, and they are able to block activities of a broad spectrum of proteases. In this thesis, the digestive proteolytic system of the Colorado potato beetle, a herbivore pest of potato plants, was described with the help of functional proteomics. It was shown that aspartic and serine proteases from this herbivore are effectively blocked by two potato Kunitz inhibitors (namely PCDI, PSPI). Using structural analysis, novel types of reactive centers were identified on PCDI and PSPI molecules for the inhibition of aspartic protease cathepsin D and the serine proteases trypsin and chymotrypsin. The analysis of the reactive center on a PCDI with the crystal structure of digestive cathepsin D from the Colorado potato beetle explained the mechanism of their interaction. Sphingolipids were identified as the first endogenous inhibitors of human...