velikost textu

The crystal structure of PI4 kinase

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
The crystal structure of PI4 kinase
Název v češtině:
Struktura PI4 kinázy
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Adriana Bäumlová
Školitel:
Mgr. et Mgr. Evžen Bouřa, Ph.D.
Oponenti:
doc. RNDr. Tomáš Obšil, Ph.D.
RNDr. Cyril Bařinka, Ph.D.
Id práce:
129662
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra fyzikální a makromol. chemie (31-260)
Program studia:
Fyzikální chemie (P1404)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
23. 6. 2016
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Abstrakt:
Abstrakt Fosfatidylinositol 4-kinázy (PI4K/PI4-kinázy) katalyzují produkci fosfatidylinositol 4- fosfátu (PtdIns4P), první krok v tvorbě vyšších fosfoinositidů. Fosfatidylinositol 4-fosfát je esenciálním prekurzorem pro tvorbu druhých poslů, fosfatidylinositol(1,4,5)trifosfátu a diacylglycerolu, které vznikají v signalizační dráze zahájené receptorem aktivovanou fosfolipázou C. Kromě toho fosfatidylinositol 4-fosfát reguluje procesy specificky se odehrávající v buněčných kompartmentech a to prostřednictvím vazby širokého spektra efektorových molekul na membránu. Jelikož PI4-kinázy mají ústřední pozici v tvorbě fosfatidylinositol 4-fosfátu probíhající na povrchu intracelulárních membrán, jsou tímto způsobem zodpovědné za procesy zprostředkované fosfatidylinositol 4-fosfátem jako například transport lipidů a jejich metabolizmus, transportní procesy v buňce a řízení transportovaného nákladu, remodelace membrán a cytoskeletu, přenos signálu do buňky a mnoho jiných. U savců byly identifikovány dva druhy PI4-kináz: typu II a typu III. Tyto typy kináz si nejsou sekvenčně podobné, a proto mají odlišné biochemické vlastnosti. Abychom objasnili strukturní příbuznost PI4-kináz, je zapotřebí strukturní analýzy. Strukturní charakterizace jednotlivých PI4-kináz by taktéž umožnila objasnit mechanizmus katalýzy vzniku fosfatidylinositol 4-fosfátu. Informace o aktivním místě by navíc mohly být využity při navrhování inhibitorů specifických pro PI4-kinázy, což by mělo potenciální využití v medicíně. Selektivní blokování enzymové aktivity by totiž eliminovalo vstup patogenních bakterií fagocytózou a inhibovalo replikaci virů s pozitivní jednovláknovou RNA (+RNA). Strukturní charakterizace jednotlivých izoforem, přednostně v komplexu s její regulační molekulou, nebyla doposud provedena. Získané informace by přitom pomohly ozřejmit strukturní aspekty základních biologických dějů a rovněž by osvětlily strukturní nároky virů či bakteriálních patogenů pro jejich replikaci. Studie popsané v této práci poskytují strukturní i funkční charakterizaci PI4-kináz typu II a PI4-kinázy IIIβ. Krystalové struktury jednotlivých forem objasnily celkové uspořádání molekul a organizaci jednotlivých domén a současně potvrdily přítomnost N a C laloku v C- terminální části katalytické domény u všech tří variant. Krystalizace PI4-kináz s fyziologickými substráty odhalila ATP vazebné místo, avšak krystaly v komplexu s inositolem a inositol 1-fosfátem se nepodařilo získat. Proto bylo vazebné místo pro fosfatidylinositol určeno na základe dokovacích studií a molekulárního modelování. Ve struktuře PI4-kináz typu II byla překvapivě objevena také nová laterální hydrofobní kapsa- potenciální regulační místo. Celkové uspořádaní u všech tří proteinů taktéž potvrdilo strukturní odlišnosti mezi typem II a typem III PI4-kináz. Zatímco typ III PI4-kináz je mnohem víc podobný PI3-kinázám, typ II PI4-kináz se podobá protein kinázám. Kromě struktur PI4-kináz s ATP byly vyřešeny také krystalové struktury v komplexu s inhibitory specifickými pro dané kinázy. Strukturní detaily aktivního místa s navázaným inhibitorem nám umožnily plně porozumět inhibičnímu mechanizmu a poskytly informace potřebné pro návrh specifických léčiv.
Abstract v angličtině:
Abstract Phosphatidylinositol 4-kinases (PI4K/PI4-kinases) catalyse the production of phosphatidylinositol 4-phosphate (PtdIns4P), the first step in the generation of higher phosphoinositides. PtdIns4P is an essential precursor in the production of second messengers, Ins(1,4,5)P3 and diacylglycerol, in a receptor activated phospholipase C signalling pathway. Moreover, PtdIns4P itself regulates conserved compartment-specific biological processes, mainly via recruiting a broad spectra of effector proteins. Because PI4-kinases have a central position in PtdIns4P synthesis on a surface of intracellular membranes, they are implicated in a wide range of PtdIns4P-induced processes such as lipid transport and metabolism, intracellular trafficking processes and cargo sorting, membrane and cytoskeleton remodelling events, signal transduction and many others. In mammals, two types of PI4-kinases were identified: type II and type III. Both types do not bear high sequence similarity to each other and, therefore, they possess diverse biochemical properties. In order to elucidate their structural relationship to other lipid kinases, structural analysis is highly demanded. The structural characterisation of individual PI4-kinases could also clarify the catalytic mechanism of PtdIns4P synthesis. Furthermore, information about the architecture of the active site could provide the basis for isoform-specific inhibitor design that would be potentially important in human medicine since the selective blocking of enzymatic activity would eliminate phagocytic engulfment of several pathogenic bacteria or block replication of plus sense single strand RNA viruses (+RNA). Altogether, the structural characterisation of each of individual isoforms, preferably in complex with a regulatory molecule, was still not achieved. However, such structural information would help to elucidate structural aspects of fundamental biological processes and structural requirements for viral and pathogen replication. The studies reported in this thesis provide the structural and functional characterisation of both type II PI4-kinases and PI4K IIIβ. The high-resolution crystal structures of individual isoforms revealed their overall fold and domain organisation and confirmed a bi-lobal character of the C-terminally localised catalytic domain in all three variants. Co- crystallization of PI4-kinases with physiological substrates defined the ATP binding pocket but no crystals were obtained in complex with inositol or inositol 1-phosphate. However, the binding cavity for phosphatidylinositol (PtdIns) was identified based on docking and modelling. Interestingly, a new lateral hydrophobic pocked was found as a putative regulatory site in the case of the type II PI4-kinases. The overall fold of these proteins also confirmed the structural diversity between type II and III PI4-kinases. Whilst type III PI4-kinases are rather more similar to PI3-lipid kinases, type II PI4-kinases share higher similarity with protein kinases. The crystal structures in complex with potent isoform-specific inhibitors were also obtained. The structural details of the active site in complex with isoform-specific inhibitors helped us to fully understand the inhibition mechanism and provided information needed for specific drug design.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Adriana Bäumlová 42.12 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Adriana Bäumlová 109 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Adriana Bäumlová 87 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Mgr. Adriana Bäumlová 10.71 MB
Stáhnout Posudek oponenta doc. RNDr. Tomáš Obšil, Ph.D. 230 kB
Stáhnout Posudek oponenta RNDr. Cyril Bařinka, Ph.D. 384 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 852 kB