Regulation of cGMP-dependent proteinkinases in Plasmodium falciparum

恶性疟原虫中 cGMP 依赖性蛋白激酶的调节

基本信息

项目摘要

Malaria is still one of the most threatening infectious diseases. However, treatment of malaria has been hampered by drug resistance and therefore requires development of innovative therapies based on novel drug targets. Malaria is caused by protozoans of the genus Plasmodium, which are transmitted by Anopheles mosquitoes. cGMP-dependent protein kinase from Plasmodium falciparum (PfPKG) is crucial in both sexual and asexual proliferation in mosquito and human hosts, respectively. Since the primary structure PfPKG and human (h)PKG differ significantly, PfPKG could potentially be addressed by targeted interference. However, the function and the regulation of PfPKG is largely unknown.In this application, we aim to investigate the regulation and activation mechanism of PfPKG on a molecular level by employing high-resolution crystal structures. In particular, we will focus on the cyclic nucleotide binding domains (CNBs), where PfPKG displays four CNBs in contrast to two in its human counterpart. Recent structural data (Kim et al., 2015, Huang et al., 2014, and unpublished structures) provide the rational basis for a cyclic nucleotide screen to select candidates that serve as selective cGMP antagonists. In particular, the CNB-D plays a critical role for kinase activation and kinase activity and appears to be essential for the stability of the catalytic domain. Our initial data demonstrate differences in the activation mechanisms between PfPKG and hPKG. Based on these preliminary findings, we will investigate the role of the conserved autoinhibitory domain. In addition, the catalytic domain will be investigated in detail. Interestingly, we identified variations between PfPKG and hPKG in highly conserved structural motifs within the catalytic core, the so-called spine residues. Regulatory and catalytic spines are found in all protein kinases and are crucial for the control of protein kinase activity. We will define the significance of these differences by site-directed mutagenesis and binding studies.By studying PKG in P. falciparum, we have entered a new research field applying our in-depths expertise with cyclic nucleotides and cNMP-dependent protein kinases. In collaboration with international specialists in structural biology and parasitology, we will apply our knowledge towards novel strategies to fight malaria.
疟疾仍然是最具威胁性的传染病之一。然而,疟疾的治疗受到耐药性的阻碍,因此需要开发基于新药物靶点的创新疗法。疟疾是由疟原虫属的原生动物引起的,由按蚊传播。恶性疟原虫的cGMP依赖性蛋白激酶(PfPKG)分别在蚊子和人类宿主的有性和无性增殖中至关重要。由于PfPKG和人(h)PKG的一级结构显著不同,PfPKG可能通过靶向干扰来解决。然而,PfPKG的功能和调节在很大程度上是未知的。在本申请中,我们的目的是通过使用高分辨率的晶体结构在分子水平上研究PfPKG的调节和激活机制。特别是,我们将专注于环核苷酸结合结构域(CNBs),PfPKG显示四个CNBs,而在其人类对应的两个。最近的结构数据(Kim等人,2015,Huang等人,2014,和未公开的结构)为环核苷酸筛选提供了合理的基础,以选择用作选择性cGMP拮抗剂的候选物。特别是,CNB-D对激酶活化和激酶活性起着关键作用,并且似乎对催化结构域的稳定性至关重要。我们的初步数据表明PfPKG和hPKG之间的激活机制的差异。基于这些初步的发现,我们将探讨保守的自抑制结构域的作用。此外,催化域将进行详细研究。有趣的是,我们发现PfPKG和hPKG之间的变化在催化核心内的高度保守的结构基序,所谓的脊柱残基。调节和催化刺存在于所有蛋白激酶中,并且对于控制蛋白激酶活性至关重要。我们将通过定点突变和结合研究来确定这些差异的意义。通过研究恶性疟原虫中的PKG,我们已经进入了一个新的研究领域,应用我们在环核苷酸和cNMP依赖性蛋白激酶方面的深入专业知识。我们将与结构生物学和寄生虫学方面的国际专家合作,将我们的知识应用于抗击疟疾的新战略。

项目成果

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