Новый β-дефензин-подобный пептид из актинии как высокоаффинный ингибитор α-амилаз млекопитающих
Нашими коллегами структурно и функционально охарактеризован новый пептид магнификамид-2 (Mgf-2), выделенный из актинии Heteractis magnifica. Исследование демонстрирует, что Mgf-2 является высокоэффективным ингибитором α-амилаз млекопитающих, включая ферменты человека, с константами ингибирования в пикомолярном диапазоне: значения Ki составили 29 пМ для панкреатической α-амилазы человека, 57 пМ для слюнной α-амилазы человека и 11 пМ для панкреатической α-амилазы свиньи, что на несколько порядков превосходит эффективность акарбозы, одобренного лекарственного препарата для контроля постпрандиальной гипергликемии.
Понимание того, каким образом компактные, богатые дисульфидными связями пептиды обеспечивают ингибирование ферментов с ультравысоким сродством, остается важной задачей химической биологии. Используя спектроскопию ЯМР в сочетании с белок-белковым докингом и моделированием методом молекулярной динамики, а также методы сайт-направленного мутагенеза, были определены структурные особенности, лежащие в основе этого взаимодействия. В частности, гидрофобный кластер, сформированный реактивной петлей Mgf-2 (7YIYHGVY13), взаимодействует с гидрофобной областью, окружающей активный центр амилазы, и вносит существенный вклад в связывание. Установлено, что стабилизация комплекса обусловлена, преимущественно, взаимодействием остатков тирозина (Y9, Y13), гистидина (H10), а также аланина (A28) с активным центром фермента. Замена Y9 на аланин приводит к снижению сродства примерно на три порядка, тогда как мутация H10R, вопреки ожиданию повышения аффинности, также значительно ослабляет ингибирование, что указывает на тонкие стерические и электростатические ограничения в области связывания. Важно отметить, что Mgf-2 не проявляет активности в отношении ионных каналов ASIC и потенциал-зависимых натриевых каналов нейронов, что отличает его от пептидов данного структурного класса и снижает риск неблагоприятных (побочных) эффектов при использовании в качестве лекарственного препарата в будущем. Разработана схема гетерологичной продукции Mgf-2 в клетках E. coli , что обеспечивает получение функционально активного пептида в количествах, достаточных для дальнейших доклинических исследований. Полученные данные не только расширяют понимание молекулярных механизмах сверхвысокоаффинного ингибирования α-амилаз, но и создают структурную основу для рационального дизайна новых пептидных препаратов, направленных на контроль постпрандиальной гипергликемии при сахарном диабете 2-го типа. Работа вносит вклад в развитие стратегий гликемического контроля с использованием природных пептидных ингибиторов морского происхождения.
Результаты опубликованы в журнале International Journal of Biological Macromolecules.
Работа выполнена совместно с коллегами из ГНЦ ИБХ РАН при финансовой поддержке РНФ (грант № 21-74-20147-П).