Strukturní a funkční analýza katepsinu B1 z krevničky Schistosoma mansoni

Abstract

Schistosomóza je závažné infekční onemocnění postihující více než 200 milionů lidí v oblasti tropů a subtropů. Původcem je parazit krevnička, který žije v cévách člověka a živiny získává degradací hemoglobinu z krve hostitele působením trávicích proteas. V současnosti je k dispozici pouze jediný lék proti schistosomóze a hrozba vzniku rezistence vyvolává potřebu vývoje nových terapeutik. Katepsin B1 (SmCB1) je klíčovou trávicí proteasou krevničky střevní (Schistosoma mansoni) a představuje cílovou molekulu pro terapeutický zásah. Tato práce podává komplexní charakterizaci SmCB1 zaměřenou na vztah struktury a aktivity a na inhibiční regulaci s využitím šesti vyřešených krystalografických struktur molekulárních forem a komplexů SmCB1. SmCB1 je syntetizován ve formě neaktivního zymogenu, ve kterém N-koncový propeptid působí jako přirozený intramolekulární inhibitor blokující aktivní místo. Detailní biochemickou a strukturní analýzou byl identifikován nový unikátní mechanismus procesu aktivace zymogenu, při kterém je propeptid odštěpen, a byla popsána regulace tohoto procesu pomocí glykosaminoglykanů. Studium proteolytické aktivity SmCB1 prokázalo, že se jedná o enzym působící jako endopeptidasa i exopeptidasa a představuje tak účinný nástroj pro trávení hemoglobinu hostitele. Významná část práce se...

Schistosomiasis is a serious infectious disease that afflicts over 200 million people in tropical and subtropical regions. It is caused by Schistosoma blood flukes that live in human blood vessels and obtain nutrients from host hemoglobin, which is degraded by digestive proteases. Current therapy relies on a single drug and concern over resistance necessitates new drug development. In Schistosoma mansoni, cathepsin B1 (SmCB1) is a critical digestive protease that is a target molecule for therapeutic interventions. This thesis provides a comprehensive characterization of SmCB1 focused on structure-activity relationships and inhibitory regulation based on six crystal structures solved for SmCB1 molecular forms and complexes. SmCB1 is biosynthesized as an inactive zymogen in which the N-terminal propeptide operates as a natural intra-molecular inhibitor by blocking the active site. Detailed biochemical and structural analyses have identified a new and, so far, unique mechanism of SmCB1 zymogen activation through which the propeptide is proteolytically removed and the regulatory role of glycosaminoglycans in this process has been described. A study of SmCB1 proteolytic activity has revealed that the enzyme acts in two modes, as endopeptidase and exopeptidase, which makes it an efficient tool for host...