Crystal Structure of Protein Tyrosine Phosphatase σ Complexed with an Allosteric Inhibitor

Abstract

Protein tyrosine phosphatases (PTPs) are pivotal regulators of cell signaling and are involved in various human diseases, such as cancers, diabetes, autoimmune diseases, and neurological disorders. Although numerous PTPs have been evaluated as promising drug targets, identification of clinically acceptable inhibitors that can bind to PTP active sites remains a challenge. The highly conserved and polar features of PTP catalytic sites have complicated the development of selective and membrane-permeable inhibitors. Thus, recent studies on PTP inhibitors have highlighted allosteric inhibition to circumvent these difficulties. PTPσ is a receptor-type PTP with phosphatase activity in its C-terminal cytoplasmic region. PTPσ plays a critical role in neural development and hematopoietic stem cell regeneration, thus it has been regarded as a drug target. In this study, I characterized an allosteric inhibitor on the PTPσ catalytic domain and reported the X-ray crystal structure of PTPσ with the inhibitor. X-ray diffraction data were collected at 1.85 Å resolution. The unit cell had the dimensions of a = 94.25 Å, b = 94.25 Å, c = 123.96 Å, α = β = 90 ̊, γ = 120 ̊ and the space group was P61. The allosteric binding site was further confirmed through in vitro enzyme assay and structural analysis showed that the inhibitor could block the role of the WPD-loop in catalysis. The structural information and allosteric mechanism determined in this study may be exploited for the development of potent inhibitors. |단백질 타이로신 탈인산효소(PTP)는 세포 신호 전달의 조절자이며 암, 당뇨병, 자가면역 질환 및 신경계 장애와 같은 다양한 인간 질병에 관련되어 있다. 수많은 PTP 가 유망한 약물 표적으로 평가되었지만 치료제로 사용가능한 PTP 억제제의 개발은 여전히 과제로 남아 있다. 기존에 보고된 PTP 의 경쟁적 억제제는 고도로 보존되고 극성인 특징을 가지는 PTP 활성 부위를 표적으로 하여 선택성과 막 투과성에 대한 한계를 지녔다. 따라서, PTP 억제제에 대한 최근 연구는 이러한 어려움을 극복하기 위해 알로스테릭 억제제의 개발을 강조하고 있다. 본 논문에서는 신경질환과 골수억제의 치료를 위한 drug target 으로 알려진 PTPσ 와 이에 대한 알로스테릭 억제제의 결합에 대한 구조적인 정보를 제시한다. PTPσ 촉매 도메인에 대한 알로스테릭 억제제를 특성화하고, PTPσ 와 알로스테릭 억제제 복합체의 X 선 결정구조를 보고한다. 결정구조에서 확인한 알로스테릭 결합 부위는 시험관 내 효소 분석을 통해 추가로 검증되었으며 복합체에 대한 구조 분석은 해당 억제제가 촉매 작용에서 WPD-루프의 역할을 차단할 수 있음을 보여주었다. 본 연구에서 제시한 PTPσ 와 알로스테릭 억제제 복합체에 대한 구조적 정보와 알로스테릭 메커니즘은 향후 치료제로써의 PTP 알로스테릭 억제제 개발에 기여할 것이다.