マンノ--サイクロペリトールは、ヒトα-マンノシダーゼの活性に基づいたタンパク質プロファイリングを可能にし、新しいゴルジマンノシダーゼII阻害剤の発見を可能にします

Manno--cyclophellitols Enable Activity-Based Protein Profiling of Human α-Mannosidases and Discovery of New Golgi Mannosidase II Inhibitors.

• Zachary Armstrong
• Chi-Lin Kuo
• Daniël Lahav
• Bing Liu
• Rachel Johnson
• Thomas J M Beenakker
• Casper de Boer
• Chung-Sing Wong
• Erwin R van Rijssel
• Marjoke F Debets
• Bogdan I Florea
• Colin Hissink
• Rolf G Boot
• Paul P Geurink
• Huib Ovaa
• Mario van der Stelt
• Gijsbert M van der Marel
• Jeroen D C Codée
• Johannes M F G Aerts
• Liang Wu
• Herman S Overkleeft
• Gideon J Davies

抄録

ゴルジマンノシダーゼ II (GMII) は、GlcNAcManGlcNAc から 2 つのマンノシル残基の連続的な加水分解を触媒して GlcNAcManGlcNAc を生成し、癌に関連する分岐グリカンを含むすべての複合グリカンの前駆体である GlcNAcManGlcNAc を生成します。GMIIの阻害剤は、癌治療薬としての可能性を秘めているが、その有用性は、α-マンノシドーシス様の症状をもたらすオフターゲット効果によって制限されている。GMIIの構造および機構に関する多くの研究にもかかわらず、我々はこの酵素の強力かつ選択的な阻害剤をいまだに欠いている。本研究では、マンノ-シクロペリトールエポキシドとアジリジンを合成し、それらが共有結合的に修飾され、時間依存的にGMIIを阻害することを明らかにした。蛍光性マンノ-シクロペリトールアジリジン誘導体を用いることで、ヒト細胞溶解液とマウス組織抽出液の両方からα-マンノシダーゼの活性に基づいたタンパク質プロファイリングが可能となった。また、合成したプローブは、蛍光偏光法に基づいたdGMII阻害剤のスクリーニングを容易にした。350種類以上のイミノシュガーのライブラリーから、これまでに知られていなかった7種類のGMII阻害剤を同定し、X線結晶構造解析によりその結合様式を調べた。その結果、これまで観察されていなかった阻害剤の結合様式と、選択的なGMII阻害剤の生成のための有望な足場を明らかにした。

Golgi mannosidase II (GMII) catalyzes the sequential hydrolysis of two mannosyl residues from GlcNAcManGlcNAc to produce GlcNAcManGlcNAc, the precursor for all complex -glycans, including the branched -glycans associated with cancer. Inhibitors of GMII are potential cancer therapeutics, but their usefulness is limited by off-target effects, which produce α-mannosidosis-like symptoms. Despite many structural and mechanistic studies of GMII, we still lack a potent and selective inhibitor of this enzyme. Here, we synthesized manno--cyclophellitol epoxide and aziridines and demonstrate their covalent modification and time-dependent inhibition of GMII. Application of fluorescent manno--cyclophellitol aziridine derivatives enabled activity-based protein profiling of α-mannosidases from both human cell lysate and mouse tissue extracts. Synthesized probes also facilitated a fluorescence polarization-based screen for dGMII inhibitors. We identified seven previously unknown inhibitors of GMII from a library of over 350 iminosugars and investigated their binding modalities through X-ray crystallography. Our results reveal previously unobserved inhibitor binding modes and promising scaffolds for the generation of selective GMII inhibitors.