Caracterização do mecanismo catalítico da SGP, enzima protótipo das glutâmico peptidases

Abstract

Proteolytic enzymes are widespread in all organisms and are involved in a wide range of biological roles. There are seven distinct classes of proteases (serine, cysteine, aspartate, metalloproteases, threonine, glutamate and the newly identified asparagine peptide lyases), grouped according to their catalytic mechanism. The glutamic peptidases are carboxylic (acidic) proteases insensitive to pepstatin inhibitor and were annotated as a new group in 2004 (Family G1 Merops). These proteases have a unique catalytic dyad of residues Glu and Gln and a previously undescribed structure fold. Scytalidoglutamic peptidase (SGP), isolated from the wood-degrading fungus Scytalidium lignicolum on the 1970’s, is the forming member of glutamic peptidases. The three dimensional structures of scytalidoglutamic peptidase (SGP) and aspergilloglutamic peptidase (AGP) from Aspergillus niger revealed that the overall structure of these enzymes are almost identical, however two different catalytic mechanisms were proposed. Aiming at understanding the reaction mechanism of glutamic peptidases, in this thesis the following topics are highlighted, (1) biochemical characterization of the catalytic mechanism of SGP by use of pH rates profiles and solvent kinetic isotopic effects (SKIE) on the enzyme hydrolysis of FRET peptides and (2) specificity of the protease for P1 and P1’ positions describing the interactions of S1 subsite during catalysis. The paper showing results of these studies is attached to this thesis (Kondo, MY et al, JBC 2010).

As enzimas proteolíticas estão amplamente distribuídas em todos os organismos e desempenham diversas funções essenciais a estes. Atualmente são reconhecidos sete grupos de proteases (serino, cisteíno, aspártico, metalo, treonino, glutâmico e a recém identificada asparagino peptídeo liases) que são classificadas de acordo com o seu mecanismo catalítico. As glutâmico peptidases são proteases carboxílicas (ou ácidas) insensíveis à pepstatina e foram reconhecidas como um grupo novo somente em 2004 (Família G1 Merops). Estas peptidases apresentam díade catalítica formada por ácido glutâmico (Glu) e glutamina (Gln) e estrutura única entre as proteases. O protótipo das glutâmico peptidases é a scytalidoglutamico peptidase (SGP), isolada do fungo decompositor de madeira Scytalidium lignicolum na década de 1970. A caracterização da estrutura das glutâmico peptidases scytalidoglutamico peptidase (SGP) e aspergiloglutamico peptidase (AGP), isolada de Aspergillus Níger, mostra que estas enzimas são praticamente idênticas, porém baseados nestes dados estruturais, dois mecanismos catalíticos diferentes foram propostos para SGP e AGP, sendo inconsistentes entre si. Com o propósito de entender o mecanismo catalítico das glutâmico peptidases, nesta tese são demonstrados (1) a caracterização bioquímica do mecanismo catalítico da SGP através da análise da dependência do pH e efeito isotópico cinético do solvente frente a peptídeos FRET e (2) a especificidade da protease para as posições P1 e P1’, descrevendo o papel das interações do subsítio S1 na catálise. Os resultados destes estudos são apresentados no artigo em anexo (Kondo, MY et al, JBC 2010).