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通过 1H、19F 和 15N NMR 光谱研究 DENV2 型丝氨酸蛋白酶催化三联体及其突变体中处于过渡态的抑制剂的结合部位。

Probing contacts of inhibitor locked in transition states in the catalytic triad of DENV2 type serine protease and its mutants by 1H, 19F and 15 N NMR spectroscopy.

机构信息

Department of Molecular Sciences, Swedish University of Agricultural Sciences, PO Box 7015, SE-750 07, Uppsala, Sweden.

Protein Expression and Characterization Drug Discovery and Development Platform, Science for Life Laboratory, Solna, Sweden.

出版信息

BMC Mol Cell Biol. 2020 May 25;21(1):38. doi: 10.1186/s12860-020-00283-0.

DOI:10.1186/s12860-020-00283-0
PMID:32450796
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7249419/
Abstract

BACKGROUND

Detailed structural knowledge of enzyme-inhibitor complexes trapped in intermediate state is the key for a fundamental understanding of reaction mechanisms taking place in enzymes and is indispensable as a structure-guided drug design tool. Solution state NMR uniquely allows the study of active sites of enzymes in equilibrium between different tautomeric forms. In this study 1H, 19F and 15 N NMR spectroscopy has been used to probe the interaction contacts of inhibitors locked in transition states of the catalytic triad of a serine protease. It was demonstrated on the serotype II Dengue virus NS2B:NS3pro serine protease and its mutants, H51N and S135A, in complex with high-affinity ligands containing trifluoromethyl ketone (tfk) and boronic groups in the C-terminal of tetra-peptides.

RESULTS

Monitoring 19F resonances, shows that only one of the two isomers of the tfk tetra-peptide binds with NS2B:NS3pro and that access to the bulk of the active site is limited. Moreover, there were no bound water found in proximity of the active site for any of the ligands manifesting in a favorable condition for formation of low barrier hydrogen bonds (LBHB) in the catalytic triad. Based on this data we were able to identify a locked conformation of the protein active site. The data also indicates that the different parts of the binding site most likely act independently of each other.

CONCLUSIONS

Our reported findings increases the knowledge of the detailed function of the catalytic triad in serine proteases and could facilitate the development of rational structure based inhibitors that can selectively target the NS3 protease of Dengue type II (DENV2) virus. In addition the results shows the usefulness of probing active sites using F NMR spectroscopy.

摘要

背景

详细的酶-抑制剂复合物在中间状态下的结构知识是理解酶中发生的反应机制的关键,也是作为结构导向的药物设计工具不可或缺的。溶液状态 NMR 独特地允许研究处于不同互变异构形式之间平衡的酶的活性部位。在这项研究中,我们使用 1H、19F 和 15N NMR 光谱学来探测抑制剂与丝氨酸蛋白酶催化三联体过渡态锁定的相互作用接触。我们在血清型 II 登革热病毒 NS2B:NS3pro 丝氨酸蛋白酶及其突变体 H51N 和 S135A 与含有三氟甲基酮 (tfk) 和硼酸基团的高亲和力配体复合物中证明了这一点,这些配体位于四肽的 C 末端。

结果

监测 19F 共振,表明只有两种异构体中的一种 tfk 四肽与 NS2B:NS3pro 结合,并且进入活性部位的大部分受到限制。此外,对于任何配体,在活性部位附近都没有发现结合水,这表明在催化三联体中形成低势垒氢键 (LBHB) 的条件有利。基于这些数据,我们能够鉴定出蛋白质活性部位的锁定构象。该数据还表明,结合位点的不同部分可能彼此独立地起作用。

结论

我们报告的发现增加了对丝氨酸蛋白酶催化三联体详细功能的了解,并可能有助于开发能够选择性靶向登革热 II 型 (DENV2) 病毒 NS3 蛋白酶的合理基于结构的抑制剂。此外,结果表明使用 F NMR 光谱学探测活性部位的有用性。

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