포스포디에스테라아제2

Phosphodiesterase 2
인산염은 스틱으로, 촉매금속은 구로 나타낸 PDE2의 구조(PDB: 1Z1L)

PDE2(포스포디에스테라아제2) 효소는 포유동물에서 발견되는 21가지 포스포디에스테라아제(PDE)이러한 다른 PDE는, 11 패밀리로 분할할 수 있습니다(PDE1 – PDE11).동일한 계열의 다른 PDE는 아미노산 배열이 상당한 [1]차이를 보임에도 불구하고 기능적으로 관련이 있다.PDE의 기판 사양은 다릅니다.cAMP 선택 가수분해효소(PDE 4, -7 및 -8)와 cGMP 선택 가수분해효소(PDE 5, -6 및 -9)이며, 나머지는 cAMP 및 cGMP(PDE1, -2, -3, -10 및 -11)[2]를 모두 가수분해할 수 있습니다.

PDE2를 코드하는 유전자 패밀리는 PDE2A 한 개뿐입니다.PDE2A1, PDE2A2 및 PDE2A3의 세 가지 스플라이스 변형이 발견되었습니다(PDE2A2는 쥐에서만 발견되었습니다).PDE2A1은 세포질이고, -A2와 -A3는 막결합이다.PDE2A2와 -A3의 국재화가 다른 것은 PDE2A1에는 없는 일의의 N단말기 시퀀스에 의한 것이라고 제안되고 있습니다.PDE2A 스플라이스 변형은 다르지만 운동 거동에 [3]있어 알려진 차이는 없습니다.

결정 구조

PDE2 효소의 활성 부위의 결정 구조가 [4]보고되었다.아미노산 배열이 PDE 패밀리의 구성원에 대해 상당한 차이(25-35% 동일성)를 나타내지만 활성 부위의 전체적인 접힘, 기능 및 구조 요소는 매우 유사하다.활성 부위는 모든 PDE 중 보존성이 높은 잔류물에 의해 형성됩니다.바인딩 포켓에는 금속 이온(아연 및 마그네슘) 결합 부위가 들어 있습니다.아연을 결합하는 2개의 히스티딘 잔기와 2개의 아스파라긴산 잔기는 연구된 모든 PDE [3]중에 보존된다.다른 여러 PDE 동소 효소의 구조는 설명되었으며, 그 중 활성 [5]부위에 억제제가 상주하는 공동 결정 구조는 거의 없다.PDE4B, PDE4D 및 PDE5A의 공동 결정 구조는 PDE에 대한 억제제 결합의 두 가지 공통적인 특징을 드러냈다.하나는 효소의 활성 부위에서 정렬되는 억제제의 평면 고리 구조이고, 다른 하나는 뉴클레오티드 인식 및 [1][5][6]선택성에 필수적인 보존 글루타민 잔기(아래 언급된 "글루타민 스위치")이다.

기판 선택성

cAMP(왼쪽), cGMP(오른쪽).PDE2용 천연 기판.

위에서 설명한 바와 같이 PDE2는 cAMP와 cGMP를 모두 가수분해할 수 있으며, PDE 패밀리의 다른 일부 구성원은 두 개의 고리형 뉴클레오티드 중 하나를 선택적이다.cAMP 또는 cGMP에 대한 선택성의 변동성은 이른바 "글루타민 스위치"에 의해 결정되는 것으로 생각된다."글루타민 스위치"는 결정 구조가 해결된 모든 PDE에서 발견되는 불변 글루타민이다.PDE2에서 이 잔류물은 Gln859입니다.cAMP의 환외 아미노기 및 cGMP의 환외 카르보닐 산소와 수소 결합을 형성할 가능성이 있으며, cAMP와 cGMP를 모두 가수분해할 수 있는 PDE에서는 글루타민이 자유롭게 회전할 수 있다.cAMP 또는 cGMP 중 하나에 대해 선택적인 PDE에서 이 글루타민은 인접한 잔류물에 의해 고리형 뉴클레오티드 [1][3]중 하나의 선택성을 선호하는 위치로 구속된다.

규정

cGMP가 PDE의 알로스테릭 GAF-B 도메인에 결합하면 단백질 구조의 입체구조 변화를 일으켜 효소 활성이 높아진다.GAF-B 도메인에 대한 cGMP의 결합에 의한 cAMP의 가수분해 증가는 잘 문서화되어 있지만,[3] 그 반대의 예는 알려져 있지 않다.GAF-B 도메인은 cGMP에 [7]비해 cAMP에 대한 친화력이 30~100배 낮은 것으로 나타났다. 이 정보는 세포 내 cAMP 농도에 대해 현재 알려진 것과 결합되어 cAMP에 의한 cGMP 가수분해 활성화가 [3]생체 내에서 이루어질 가능성이 낮다.

PDE2의 임상적 가치

PDE2는 부신수질, 뇌, 심장, 혈소판, 대식세포 및 내피세포 등 다양한 조직에서 발현된다.효소는 다음과 같은 [3][8]많은 세포 내 과정을 조절하는 데 관여하는 것으로 생각됩니다.

  • 부신으로부터의 알도스테론 분비
  • 심근세포의 cAMP와 혈소판의 cAMP와 cGMP의 세포내 농도
  • 뉴런의 cGMP와 장기기억에 미치는 영향
  • 염증 조건에서의 내피 세포의 장벽 기능

PDE2에 대해 몇 가지 효소 기능이 보고되었다.PDE2는 심방나트륨(ANP)에 의한 cGMP의 증가를 통해 cAMP를 낮추어 알도스테론 [3]분해능을 감소시키는 것으로 나타났다.또한 PDE2가 혈소판 내 cAMP 및 cGMP의 세포 내 농도 상승 조절에 중요한 역할을 할 수 있다고 제안되었다.PDE3는 혈소판 응집에서 중요한 역할을 합니다.cGMP의 고농도는 PDE3의 억제를 유발하지만 PDE2를 자극하는 것으로 보고되었다.이러한 두 기능 간의 상호작용은 [3]혈소판의 cAMP의 반대되는 규제를 중재하는 것으로 보인다.PDE2는 cGMP에 의한 PDE2의 활성화가 cAMP를 낮추어 심장 [3]기능에 영향을 미치는 심장근세포의 심장 L형2+ Ca 전류를 조절한다.그러나 최근 심장근구 내에 위치한 서로 다른 cAMP 풀이 서로 다른 (더 많은, 때로는 반대되는) 효과를 매개한다는 것이 밝혀졌다.PDE 타입이 다르면 cAMP 풀에 영향을 줄 수 있기 때문에 PDE에 따라 [9]셀 내의 프로세스가 다를 수 있습니다.PDE2는 뇌의 여러 영역에서 발현되며, 쥐 실험에서는 PDE2의 [3]억제가 기억력과 같은 기능을 강화한다는 것이 밝혀졌다.단구들이 대식세포로 분화할 때 PDE2는 상향 조절되지만, 성숙한 대식세포에서 PDE2의 역할은 아직 특징지어지지 않았다.또한 PDE2는 미세혈관에서는 검출되었지만 대형 혈관에서는 검출되지 않았기 때문에 염증 반응에서 역할을 하는 것으로 나타났다.종양괴사인자-알파(TNFα)는 내피세포에서 PDE2의 기능을 조절하여 내피세포를 통한 체액과 세포의 흐름에 영향을 미칠 수 있다고 추측되어 왔다.[3]

지금까지는 PDE2 억제제가 주로 연구도구로 사용되었지만 기억력 향상, 염증 조건에서의 [3]내피 투과성 저하, 심부전 및 심장비대 예방/[10]개선 등의 목적으로 현재 연구되고 있다.

PDE2A 억제제

PDE2 억제제
EHNA
옥신돌
베이 60-7550
PDP

EHNA

PDE2에 대해 개발된 첫 번째 특이적 억제제는 EHNA(에스로-9-(2-히드록시-3-노닐)아데닌)였다.IC 값이 ~1μM이고 다른50 PDE에 [11]비해 선택성이 최소 50배인 PDE2의 cGMP 활성화를 저해함으로써 PDE2에 특이적으로 작용하는 것으로 입증되었다.EHNA의 핵심 구조는 cAMP와 유사하지만, EHNA가 [1]cAMP의 포스포리보스 부분을 대체하는 부피가 큰 소수성 탄소 사이드 체인을 가지고 있다는 점에서 차별화된다.

EHNA의 억제 효과

랫드 피질뉴런의 1차 배양에서 EHNA에 의한 PDE2A 억제는 cGMP의 NMDA(N-메틸-D-아스파르트산) 수용체 활성화 증가를 강화하지만 cAMP 농도에는 [12]영향을 미치지 않는다.또한 EHNA는 IC ~ 2nM의 [13]매우50 강력한 아데노신 탈아미나아제 억제제이다.이러한 이중 억제는 항바이러스,[11] 항종양 및 항부정맥 효과를 포함한 다양한 약리학적 반응을 중재하기 위해 시너지 작용을 할 수 있는 두 가지 억제 대사물인 아데노신과 cGMP의 [12][15]축적을 초래할 수 있다.EHNA는 아데노신 탈아미나제를 효과적으로 억제하지만 PDE2 기능을 프로브하는 도구로 적절한 대조군과 함께 성공적으로 사용되어 왔습니다.EHNA는 심근세포의 칼슘 조절에서 PDE2의 영향을 연구하기 위해 사용되었으며 관류된 [17]폐 모델에서 저산소 폐혈관 수축 현상을 되돌리는 데 효과적인 것으로 나타났다.따라서 EHNA는 두 가지 목적으로 사용되었습니다.

  1. 보다 선택적이고 강력한 PDE2 억제제의 합리적인 설계를 위한 납 구조 역할을 한다.
  2. PDE의 생물학적 표적을 정의하기 위해서요

단, EHNA는 PDE2의 저해능력이 낮고 아데노신탈아미나아제 [18]저해능력이 높기 때문에 PDE2의 약리학적 역할을 결정하기 위한 화학적 도구로서의 사용이 제한된다.이론적으로, 이 문제는 아데노신 탈아미나아제 억제의 결과인 EHNA에 의해 축적된 아데노신의 효과를 설명하고 수정할 수 있다면 해결될 수 있다.이러한 방식으로 PDE2 억제의 결과로 EHNA에 의해 유도된 양성 이방성 효과가 [19][20]관찰되었다.

베이 60-7550, 옥신돌 및 PDP

BAY 60-7550은 EHNA의 아날로그로 100배 이상 강력하며 PDE2A에 [13]대한 선택성이 높습니다.새롭게 발견된 다른 선택적 PDE2 억제제는 PDP(9-(6-페닐-2-옥소헥스-3-일)-2-(3,4-디메톡시벤질)-푸린-6-온) 및 옥신돌이다.[18]

PDE2 억제제
억제제 IC50 언급
EHNA 1μM [11]
옥신돌 40nM [16]
베이 60-7550 4,7 nM [13]
PDP 0.6nM [21]

위의 표는 EHNA를 포함한 PDE2 억제제의 효능을 보여줍니다.EHNA, Bay 60-7550 및 PDP 간에 효력이 크게 증가하고 있습니다.Bay-60 7550 및 PDP의 푸린 부분 위치 2에 있는 큰 디메톡시벤질기가 부가 효력에 기여할 수 있다.

억제제 구조 및 결합

이러한 억제제를 효소의 천연 기질인 cAMP 및 cGMP와 비교함으로써 분자의 몇 가지 공통적인 특성이 드러난다.모든 분자의 주요 특징은 적어도 2개의 융합 고리 구조, 6개의 원자 고리 및 5개의 원자 고리로 이루어진 평평한 부분이다.cGMP 및 cAMP의 이 링시스템은 퓨린링 시스템이며 EHNA 및 PDP에서도 마찬가지입니다.Bay 60-7550과 oxindole은 푸린코어가 없지만 관련 고리계가 있습니다.대부분 질소이지만 산소인 수소 결합 수용체는 억제제의 고리 시스템에 있습니다.이러한 원자는 효소의 활성 부위에 있는 아미노산의 일부인 수소 결합 기증자와 상호작용할 수 있으며, 따라서 [1]자연 기질이 활성 부위에 결합하는 방식과 유사하게 cAMP와 cGMP를 가수 분해하는 효소의 억제에 기여할 수 있다.

억제제의 구조적 유사성

Bay 60-7550과 PDP의 구조는 매우 유사합니다.이러한 분자 간의 차이는 60-7550 베이의 외환 메틸기로, 이는 PDP의 질소 원자를 대체하여 기질 및 억제제 결합을 위한 중요한 부위에서 효소와 수소 결합을 형성할 가능성을 감소시킨다.옥신돌 구조는 퓨린 고리 시스템에서 더 많이 발산되고 수소 결합 가능성이 적기 때문에 다른 억제제들과 다르다.이 분자는 또한 Bay 60-7550 및 PDP의 디메톡시벤질기와 유사한 큰 측면기를 결여하고 있다.현상의 공동 결정 구조 없이 효소에 대한 가능한 상호작용을 예측하는 것은 어렵다.

PDE2 억제제의 가능한 구조-활성 관계

PDE2의 활성 부위에 결합된 억제제의 공동 결정 구조가 부족하다.단, 억제제 EHNA와 촉매부위에 결합된 기판 cAMP 및 cGMP의 컴퓨터화된 도킹 모델이 작성되었다.[1]EHNA의 도킹 모델은 활성 부위에서 Asp811 대 Ala(Asp811Ala) 및 Ile826 대 Val(Ile826Val)에 대한 아미노산 돌연변이가 EHNA 억제에 유의한 영향을 미친 유일한 아미노산 치환임을 보여주었다.Asp811에서 [1]알라닌으로의 돌연변이는 EHNA의 IC 값을 6배 증가시켰고50, Ile826에서 발린으로의 돌연변이는 야생형 PDE2A에 비해 EHNA의 IC 값을 7배50 증가시켰다.

상부 바인딩 포켓: Gln859 및 Asp811

활성 부위에서 EHNA는 Gln859에 근접하여 EHNA의 아데닌 고리에 있는 질소 원자의 N1과 N6에 두 개의 수소 결합을 기증할 수 있다.결합 포켓의 다른 부위에서 Asp811은 결합 억제제를 안정시키기 위해 아데닌 고리의 N7에 또 다른 수소 결합을 기증할 수 있다.이 가설은 Asp811Ala 돌연변이가 cAMP에 대한 활성을 감소시킨 반면, cGMP에 대한 활성은 [1]변하지 않았다는 사실에 의해 뒷받침된다.

하단 바인딩 포켓:일 826

하부 결합 포켓의 잔류물은 억제제와의 상호작용에 비해 너무 멀리 떨어져 있을 수 있으며, 따라서 EHNA 선택성과 무관할 수 있다.그러나 잔류물은 EHNA 선택성의 간접적인 역할을 할 수 있다.Ile826은 EHNA의 푸린링 아래에 위치하여 EHNA의 공간을 제한합니다.더 작은 발린(Ile826Val 돌연변이)으로 치환하면 EHNA의 공간이 증가하고 위쪽 결합 포켓의 잔류물과 함께 수소 결합의 손실을 일으킬 수 있으며, 아래쪽 결합 포켓 내의 수소 결합을 개선할 수 있다.이러한 상호작용의 변화는 EHNA의 아데닌 고리의 결합을 불안정하게 할 수 있으며, 이것이 IC 값이 [1]더 높은50 이유일 수 있다.

활성 부위에 정렬된 EHNA 이외의 다른 억제제에는 사용할 수 있는 모델이 없습니다.따라서 분자결합을 해석하는 것은 더 어렵다.억제제 및 그 전체적인 유사성을 볼 때 활성 부위와 유사한 메커니즘으로 결합하고 다른 측면 그룹이 억제제의 효력을 결정할 가능성이 있다.PDE2 활성 부위 내 억제제 특이성의 결정 인자는 잘 알려져 있지 않으며, 이러한 결정 인자를 더 잘 이해하면 [1]효력이 증가하는 억제제 개발을 촉진할 수 있다.

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