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Novel gamma-secretase inhibitors uncover a common nucleotide-binding site in JAK3, SIRT2, and PS1

Résumé

Gamma-secretase is an intramembrane-cleaving protease responsible for the final proteolytic event in the production of the amyloid-beta peptides (Abeta) implicated in Alzheimer's disease (AD). Inhibition of gamma-secretase activity is thus an attractive therapeutic strategy to slow down the pathogenesis of AD. Drugs often target more than one biomolecule because of conserved 3-dimensional structures in prospective protein binding sites. We have capitalized on this phenomenon of nature to identify new gamma-secretase inhibitors. Here we show that 2-hydroxy naphthyl derivatives, a previously identified subclass of NAD(+) analog inhibitors of sirtuin 2 (SIRT2), are direct gamma-secretase inhibitors. Subsequent structure-activity relationship studies further showed that 2-hydroxy-1-naphthaldehyde is the minimal pharmacophore for gamma-secretase inhibition. In evaluating target protein determinants of inhibition, we identified a common GXG signature nucleotide-binding site (NBS) shared by the gamma-secretase subunit presenilin-1 C-terminal fragment (PS1-CTF), SIRT2, and Janus kinase 3 (JAK3). Because a detailed 3-dimensional structure of gamma-secretase is beyond our knowledge, we took advantage of the known crystal structure of human JAK3 to model the NBS of the PS1-CTF, which includes the catalytic residue D385. Our results suggest that the flexible PS1-CTF (381)LGLG(384) loop comprises a substrate-docking site capable of recognizing specifically different gamma-secretase substrates.

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Concepts associés (29)
Gamma secretase
Gamma secretase is a multi-subunit protease complex, itself an integral membrane protein, that cleaves single-pass transmembrane proteins at residues within the transmembrane domain. Proteases of this type are known as intramembrane proteases. The most well-known substrate of gamma secretase is amyloid precursor protein, a large integral membrane protein that, when cleaved by both gamma and beta secretase, produces a short 37-43 amino acid peptide called amyloid beta whose abnormally folded fibrillar form is the primary component of amyloid plaques found in the brains of Alzheimer's disease patients.
Protéine précurseur de l'amyloïde
La protéine précurseur de l'amyloïde (APP en anglais pour amyloid precursor protein) est une glycoprotéine transmembranaire de type I appartenant à la famille APP qui rassemble chez les mammifères, y compris l'homme, trois orthologues aux fonctions partiellement redondantes : APP, APLP 1 et 2 (Amyloid Precursor-Like Protein). Exprimée dans l'ensemble du corps humain, c'est dans le cortex cérébral que l'on retrouve la plus forte expression d'APP.
Bêta-amyloïde
Le peptide amyloïde bêta ou β-amyloïde est un peptide (une petite protéine) appartenant à la famille des substances amyloïdes. Dans certaines circonstances, il est néfaste pour le système nerveux central (sous l’influence de différents facteurs génétiques et environnementaux encore mal compris). L'amyloïde bêta est au centre de l'hypothèse amyloïde qui est la théorie, formulée initialement par JA Hardy et GA Higgins en 1992, selon laquelle la maladie d'Alzheimer est causée par la présence de plaques amyloïdes dans le cerveau.
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