Regulační mechanismy proteáz typu katepsinu D spojených s patologií

Abstract

Aspartátové proteázy typu katepsinu D hrají důležitou roli ve fyziologických a patologických procesech. Disertační práce se soustředí na tři medicinálně významné katepsiny D lidského a parazitárního původu a studuje strukturní aspekty jejich regulace, se zaměřením na aktivační a inhibiční mechanismy. V případě lidského katepsinu D byly vyvinuty syntetické makrocyklické inhibitory jako biomimetika, která využívají vazebný motiv bakteriálního inhibitoru pepstatinu A. Detailní analýza jejich struktury, specifity a fyzikálně-chemických vlastností z nich činí nadějné templáty pro vývoj inhibičních léčiv. Dále byl studován proces konverze zymogenů aspartátových proteáz na zralý enzym s využitím struktur katepsinu D1 z klíštěte Ixodes ricinus. Byl objeven nový allosterický regulační mechanismus založený na inhibici oligopeptidovým fragmentem, který se váže do exomísta na povrchu enzymu. Podle jeho vazebného módu byly navrženy alosterické inhibitory se zvýšenou inhibiční účinností. Třetí studovanou proteázou byl katepsin D1 z parazitické krevničky Schistosoma mansoni, který byl biochemicky a strukturně charakterizován. Na základě identifikace a úspěšného testování jeho makrocyklických inhibitorů byl tento enzym vyhodnocen jako perspektivní cílová molekula pro léčbu schistosomózy. Disertační práce přináší...

Cathepsin D-type aspartic proteases play an important role in physiological and pathological processes. This dissertation focuses on three medically relevant cathepsins D of human and parasite origin and investigates structural aspects of their activation and inhibition mechanisms. For human cathepsin D, synthetic macrocyclic inhibitors were designed as biomimetics using the binding motif of the bacterial inhibitor pepstatin A. A detailed analysis of structure, specificity, and physicochemical properties highlights their potential as templates for the development of inhibitory drugs. Furthermore, the process of activation of aspartic protease zymogens to mature enzymes was studied using structures of cathepsin D1 from the tick Ixodes ricinus. A novel allosteric regulatory mechanism was discovered, which is based on inhibition by an oligopeptide fragment binding to an exosite on the enzyme surface. Analysis of its binding mode allowed the design of new allosteric inhibitors with increased inhibitory potency. The third enzyme studied was cathepsin D1 from the parasitic blood fluke Schistosoma mansoni, which was biochemically and structurally characterized. The identification and successful testing of its macrocyclic inhibitors make this enzyme a promising target for the treatment of schistosomiasis....