Інгібуючий вплив KN-93 і KN-62 як результат CaM-спрямованого блокування активації протеїнкінази CaMK2 тварин і протеїнкіназ CDPK рослинного походження

  • Д. О. Новожилов
  • П. А. Карпов
  • Д. О. Самофалова
  • М. А. Попітак
  • Я. Б. Блюм
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v26.1283

Анотація

Мета. Визначити здатність з молекулярного погляду інгібіторів KN-93 та KN-62 порушувати функціонування рослинних гомологів CaMK2 і бути залученими як інструменти експериментального дослідження Ca2+-залежного фосфорилювання у рослинних об’єктах. Методи. Відібрана референсна структура кальмодуліну 1 людини (Homo sapiens) та реконструйована просторова структура кальцій-зв’язуючого домену протеїнкінази CPK1 з Arabidopsis thaliana. Проведений молекулярний докінг кальмодулін-спрямованих інгібіторів CaMK2 KN-93 та KN-62 до CALM1 з H. sapiens та кальцій-зв’язуючого домену CPK1 з A. thaliana з урахуванням повної рухливості ліганду за умови статичності амінокислотних залишків за допомогою CCDC GOLD Suite. Результати. Встановлена наявність просторово гомологічних структур у складі CALM1 та CPK1, які можуть бути сайтами зв’язування KN-93 та KN-62. Шляхом молекулярного докінгу встановлена вигідність цих кишень з погляду енергії зв’язування для KN-93 та KN-62, проведений порівняльний аналіз на основі результатів оціночних функцій CCDC GOLD Suite (GoldScore і ASPScore). Висновки. Отримано підтвердження того факту, що інгібітори тваринної протеїнкінази CaMK2 KN93 і KN62 здатні взаємодіяти з гомологічним до тваринного кальмодуліну сайтом CaM-подібного домену рослинної протеїнкінази CPK1, що може порушувати її функціональність.

Ключові слова: CaMK2, CDPK, CPK1, протеїнкінази, молекулярний докінг, KN-93, KN-62.

Посилання

Blume Ya.B., Lloyd C.W., Yemets A.I. The Plant Cytoskeleton: A Key Tool for Agro-Biotechnology. Berlin, Heidelberg, New York: Springer, 2008. P. 145–159. doi: 10.1007/978-1-4020-8843-8_7.

Karpov P.A., Nadezhdina E.S., Yemets A.I., Matusov V.G., Nyporko A.Yu., Shashina N.Yu., Blume Ya.B. Bioinformatic search of plant microtubule- and cell cycle related serine-threonine protein kinases. BMC Genomics. 2010. Vol. 11 (Suppl 1). S14. doi: 10.1186/1471-2164-11-S1-S14.

Sheremet Ya.A., Yemets A.I., Vissenberg K., Verbelen J.P., Blume Ya.B. Effects of Inhibitors of Serine/Threonine Protein Kinases on Arabidopsis thaliana Root Morphology and Microtubule Organization in Its Cells. Cell Tissue Biol. 2010. Vol. 4, No. 4. P. 399–409. doi: 10.1134/S1990519X10040139.

Baratier J., Peris L., Brocard, J., Gory-Fauré S., Dufour F., Bosc C., Fourest-Lieuvin A., Blanchoin L., Salin P., Job D., Andrieux A. Phosphorylation of microtubule-associated protein STOP by calmodulin kinase II. J. Biol. Chem. 2006. Vol. 281, No. 28. P. 19561–19569. doi: 10.1074/jbc.m509602200.

Wandosell F., Serrano L., Hernández M.A., Avila J. Phosphorylation of tubulin by a calmodulin-dependent protein kinase. J. Biol. Chem. 1986. Vol. 261, No. 22. P. 10332–10339.

Novozhylov D.O., Karpov P.A., Blume Ya.B. Bioinformatic Search for Ca2+- and calmodulindependent protein kinases potentially associated with the regulation of plant cytoskeleton. Cytol. Genetics. 2017. Vol. 51, No. 4. P. 239–46. doi: 10.3103/S0095452717040053.

Holmfeldt P., Zhang X., Stenmark S., Walczak C.E., Gullberg M. CaMKIIgamma-mediated inactivation of the Kin I kinesin MCAK is essential for bipolar spindle formation. EMBO J. 2005. Vol. 24, No. 6. P. 1255–1266. doi: 10.1038/sj.emboj.7600601

Easley C.A., Faison M.O., Kirsch T.L., Lee J.A., Seward M.E., Tombes R.M. Laminin activates CaMK-II to stabilize nascent embryonic axons. Brain Res. 2006. Vol. 1092, No. 1. P. 59–68. doi: 10.1016/j.brainres.2006.03.099

Baucum II A.J., Shonesy B.C., Rose K.L., Colbran R.J. Quantitative proteomics analysis of CaMKII phosphorylation and he CaMKII interactome in the mouse forebrain. ACS Chem Neurosci. 2015. Vol. 6, No. 4. P. 615–631. doi: 10.1021/cn500337u.

Swulius M.T., Waxham M.N. Ca(2+)/calmodulin-dependent protein kinases. Cell Mol Life Sci. 2008. Vol. 65, No. 17. Р. 2637–2657. doi: 10.1007/s00018-008-8086-2.

Karpov P.A., Novozhylov D.O., Isayenkov S.V., Blume Ya.B. Motif-Based Prediction of Plant Tubulin Phosphorylation Sites Associated with Calcium-Dependent Protein Kinases in Arabidopsis thaliana. Cytol Genet. 2018. Vol. 52, No. 6. Р. 428–439. doi: 10.3103/S0095452718060038.

Zhang X.S., Choi J.H. Molecular evolution of calmodulin-like domain protein kinases (CDPKs) in plants and protists. J Mol Evol. 2001. Vol. 53, No. 3. P. 214–224. doi: 10.1007/s002390010211.

Karpov P.A., Yemets A., Blume Y. Calmodulin in Action: CaM Protein Kinases as Canonical Targets in Plant Cell. In book: Calmodulin: Structure, Mechanisms and Functions. 2019; Publisher: Nova Science Publishers, Inc., USA; Part of ISBN: 978-1-53614-948-7. P. 1–38.

Pellicena P., Schulman H. CaMKII inhibitors: from research tools to therapeutic agents. Front Pharmacol. 2014. Vol. 5, No. 21. doi: 10.3389/fphar.2014.00021.

The UniProt Consortium. The Universal Protein Resource (UniProt). Nucl. Acids Res. 2008. No. 36. Р. 190–195. doi: 10.1093/nar/gkl929.

Letunic I., Doerks T., Bork P. SMART: recent updates, new developments and status in 2015. Nucl. Acids Res. 2015. No. 43. P. 257–260. doi: 10.1093/nar/gku949.

Burley S.K., Berman H.M., Kleywegt G.J., Markley J.L., Nakamura H., Velankar S. Protein Data Bank (PDB): the single global macromolecular structure archive. Methods Mol Biol. 2017. No. 1607. P. 627–641. doi: 10.1007/978-1-4939-7000-1_26.

Gaulton A, Bellis LJ, Bento AP, Chambers J, Davies M, Hersey A, Light Y, McGlinchey S, Michalovich D, Al-Lazikani B, Overington JP. ChEMBL: a large-scale bioactivity database for drug discovery. Nucleic Acids Res. 2012. No. 40. P. 1100–1107. doi: 10.1093/nar/gkr777

O’Boyle N.M., Banck M., James C.A., Morley C., Vandermeersch T., Hutchison G.R. Open Babel: An open chemical toolbox. J Cheminform. 2011. No. 3:33. doi: 10.1186/1758-2946-3-33.

Guex N., Peitsch M. SWISS–MODEL and the Swiss–PdbViewer: An environment for comparative protein modeling. Electrophoresis. 1997. No. 18. P. 2714–2723. doi: 10.1002/elps.1150181505.

Larkin M.A., Blackshields G., Brown N.P., Chenna R., McGettigan P.A., McWilliam H., Valentin F., Wallace I.M., Wilm A., Lopez R., Thompson J.D., Gibson T.J., Higgins D.G. Clustal W and Clustal X version 2.0. Bioinformatics. 2007. Vol. 23. P. 2947–2948. doi: 10.1093/bioinformatics/btm404.

Jones G., Willett P., Glen R.C., Leach A.R., Taylor R. Development and Validation of a Genetic Algorithm for Flexible Docking. J. Mol. Biol. 1997. No. 267. P. 727–748. doi: 10.1006/jmbi.1996.0897.