Nové inhibiční mechanismy regulace aktivity katepsinu D

Abstract

Aspartátová proteasa katepsin D (KatD) je spojená s řadou patologií, a proto jsou zkoumány molekulární mechanismy regulace její aktivity, které mají potenciální využití v biomedicíně. Tato disertační práce je zaměřena na nové přirozené endogenní inhibitory KatD, analýzu jejich interakce a na odvození syntetických inhibičních biomimetik. Byly identifikovány dvě skupiny inhibitorů KatD jako prvních specifických endogenních regulátorů tohoto enzymu. (1) Sfingolipidy jsou komplexními modulátory lidského KatD v závislosti na struktuře. Zatímco sfingosiny a ceramidy jsou inhibitory KatD, jejich fosforylované deriváty naopak fungují jako aktivátory KatD. Byla nalezena korelace mezi působením těchto sfingolipidů na KatD a jejich modulačním účinkem na nádorové buňky. (2) Analýzou KatD parazitárního původu byl identifikován nový mechanismus inhibice, který je konzervovaný u aspartátových proteas rodiny pepsinu. Autokatalytickým působením je z proenzymu KatD uvolněn peptidový fragment, který působí jako alosterický inhibitor, jenž se váže do exomísta na povrchu aktivního enzymu. Dále byly připraveny syntetické makrocyklické inhibitory lidského KatD, které mimikují vazebnou konformaci bakteriálního inhibitoru pepstatinu v aktivním místě aspartátových proteas. U těchto biomimetických inhibitorů lze na základě...

The aspartic protease cathepsin D (CatD) is associated with numerous pathologies, and therefore the molecular mechanisms of its activation are studied for their potential uses in biomedicine. This dissertation thesis is focused on new, natural endogenous inhibitors of CatD, the analysis of their interaction, and the development of synthetic inhibitory biomimetics. Two groups of inhibitors of CatD, which are the first specific endogenous regulators of this enzyme, have been identified. (1) Sphingolipids are complex modulators of human CatD, depending on their structure. While sphingosines and ceramides are inhibitors of CatD, their phosphorylated derivates act as activators of CatD. A correlation was found between the action of these sphingolipids on CatD and their modulatory effect on cancer cells. (2) Using the analysis of a CatD of parasitic origin, a new mechanism of inhibition was identified, which is conserved in aspartic proteases of the pepsin family. A peptide fragment is released autocatalytically from the zymogen of CatD, which then acts as an allosteric inhibitor, binding to an exosite on the surface of the catalytically active enzyme. Furthermore, synthetic macrocyclic inhibitors of CatD were prepared, which mimic the binding conformation of the bacterial inhibitor pepstatin in the...