Inhibitors of rhomboid intramembrane proteases and their use in cell biology

Abstract

Rhomboid serine proteases are highly conserved enzymes across all kingdoms of life. These intramembrane proteases are implicated in a wide range of cellular processes including cell signalling, quorum sensing, protein quality control, mitophagy and apoptosis regulation. Rhomboid proteases have been associated with numerous human pathologies, from malaria parasite invasion and host entry to cancer progression and neurodegenerative disorders development, making them potential candidates for therapeutical targeting. The mitochondrial rhomboid protease PARL, for example, has been implicated in several key pathways, including mitophagy regulation, apoptosis regulation and ferroptosis resistance. Furthermore, PARL has been linked to Parkinson's disease and type 2 diabetes mellitus. Detailed molecular mechanism of rhomboid proteases is not fully understood, particularly with respect to substrate-enzyme interactions and the consequent conformational dynamics. This gap is especially pronounced for eukaryotic rhomboids, as their reconstitution for in vitro studies remains challenging, severely limiting the substrate and inhibitor development; consequently, potent, selective and non-toxic inhibitors were still lacking. We addressed these limitations by developing fluorogenic substrates compatible with rhomboid...

Serinové rhomboid proteasy se vyskytují ve všech živočišných říších. Tyto intramembránové proteasy se podílejí na mnohých buněčných procesech jako jsou buněčná signalizace, bakteriální komunikace "quorum sensing", kontrola kvality proteinů, regulace mitofagie aapoptózy. Proteasyz řad rhomboidů jsou spojoványs řadou lidských patologií, od invaze parasita malárie a vstupu do hostitele až po progresi rakovinných onemocnění a rozvoj neurodegenerativních poruch, což z nich činí potenciální kandidáty pro terapeutické využití. Například mitochondriální rhomboid proteasa PARL se uplatňuje v několika klíčových drahách, včetně regulace mitofagie, apoptózy a rezistence vůči ferroptóze. PARL je navíc spojován s Parkinsonovou chorobou a diabetem mellitus 2. typu. Detailní molekulární mechanismus rhomboid proteas není dosud zcela objasněn, zejména pokud jde o interakci substrátu s enzymem a související konformační dynamiku. Tato mezera je zvláště patrná u eukaryotních rhomboidů, jelikož jejich problematická rekonstituce pro in vitro studie omezuje vývoj příslušných substrátů a inhibitorů. V důsledku toho stále chyběly jejich účinné, selektivní a netoxické inhibitory. Toto omezení jsme odstranili vyvinutím fluorogenních substrátů kompatibilních s rhomboidy v micelách, lipozomech či nanodiscích a navržením série...