Development of inhibitors of rhomboid proteases as tools for the study of their biological functions

Abstract

Rhomboidy jsou serinové membránové proteasy, které patří do evolučně rozšířené rodiny rhomboidních proteinů. Rhomboidy si ve srovnání s klasickými serinovými proteasami vyvinuly odlišný katalytický mechanismus; místo běžně triády (Ser/His/Asp) k proteolýze využívají pouze katalytickou dyádu (Ser/His) a jejich aktivní místo se nachází uvnitř lipidové membrány, což - společně s faktem, že jsou hydrofobní - komplikuje jejich studium. Přestože je známé jejich zapojení v mnoha důležitých biologických procesech, stále u většiny rhomboidů není jasný konkrétní mechanismus, kterým přispívají k regulaci těchto procesů nebo k patologickým projevům souvisejících onemocnění (jako např. malárie, Parkinsonova choroba nebo rakovina). Pochopení těchto dějů je ztíženo nedostatkem nástrojů k jejich studiu jak in vitro, tak in vivo. Ve své práci uvádím nové fluorogenní substráty založené na Försterově rezonančním přenosu energie (FRET) a odvozené od sekvence LacYTM2, které umožňují široké využití pro kontinuální sledování aktivity mnoha rhomboidů in vitro. Modifikacemi v P5-P1 pozicích je možné zvýšit specifitu substrátu k cílovému rhomboidu, zatímco výběr FRET páru fluoroforů absorbujícího v červené oblasti viditelného světla umožňuje jejich využití pro rychlé testování knihoven molekul. Selektivní a účinné...

Rhomboids are intramembrane serine proteases that belong to the evolutionarily widespread rhomboid superfamily. Rhomboids developed a slightly different catalytic mechanism compared to classical serine proteases; they utilise a catalytic dyad (Ser/His) instead of the common triad (Ser/His/Asp), and the rhomboid active site is buried in the membrane. This, coupled with their hydrophobicity, makes them quite difficult to study. Therefore, even though they are known to be involved in several important biological processes it is still not clear how exactly most of them are involved in the regulation of or in the pathologies of diseases related to these processes (such as malaria, Parkinson's disease or cancer). Our understanding is hindered by the lack of tools for their characterisation both in vitro and in vivo. In my thesis I present new fluorogenic substrates based on the LacYTM2 sequence, which is hydrolysed by several different rhomboid proteases. Using Förster resonance energy transfer (FRET)-based methods, these substrates are suitable for continuous monitoring of rhomboid activity in vitro. Modifications in the P5-P1 residues can improve selectivity for a specific rhomboid, the choice of FRET pair of fluorophores that absorbes light of longer wavelengths makes them suitable for high throughput...