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Asp218 participates with Asp213 to bind a Ca2+ atom into the S1 subsite of aminopeptidase A: a key element for substrate specificity

Authors :
Bernard Maigret
Xavier Iturrioz
Mayumi Okada
Nicolas Inguimbert
Catherine Llorens-Cortes
Bernard P. Roques
Cédric Claperon
Raphael Rozenfeld
Neuropeptides centraux et régulations hydrique et cardiovasculaire
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Iturrioz, Xavier
Llorens Cortes, Catherine
Source :
Biochemical Journal, Biochemical Journal, 2008, 416 (1), pp.37-46. ⟨10.1042/BJ20080471⟩, Biochemical Journal, Portland Press, 2008, 416 (1), pp.37-46. ⟨10.1042/BJ20080471⟩, Biochemical Journal, Portland Press, 2008, 416 (1), pp.37-46. 〈10.1042/BJ20080471〉
Publication Year :
2008
Publisher :
HAL CCSD, 2008.

Abstract

International audience; APA (aminopeptidase A; EC 3.4.11.7) is a membrane-bound zinc metallopeptidase, also activated by Ca(2+), involved in the formation of brain angiotensin III, which exerts a tonic stimulatory action on the central control of blood pressure in hypertensive animals. In the present study, in the three-dimensional model of the ectodomain of mouse APA, we docked the specific APA inhibitor glutamate phosphonate, in the presence of Ca(2+). The model showed the presence of one Ca(2+) atom in an hydrophilic pocket corresponding to the S1 subsite in which the lateral chain of the inhibitor is pointing. In this pocket, the Ca(2+) atom was hexaco-ordinated with the acidic side chains of Asp(213) and Asp(218), the carbonyl group of Glu(215) and three water molecules, one of them being engaged in a hydrogen bond with the negatively charged carboxylate side chain of the inhibitor. Mutagenic replacement of Asp(213) and Asp(218) with a conservative residue maintained the ability of mutated APAs to be activated by Ca(2+). However, the replacement by a non-conservative residue abolished this property, demonstrating the crucial role of these residues in Ca(2+) binding. We also showed the involvement of these residues in the strict specificity of APA in the presence of Ca(2+) for N-terminal acidic residues from substrates or inhibitors, since mutagenic replacement of Asp(213) and Asp(218) induced a decrease of the inhibitory potencies of inhibitors homologous with acidic residues. Finally, this led to the rational design of a new potent APA inhibitor, NI926 (K(i)=70 nM), which allowed us to precisely localize Asp(213) at the entrance and Asp(218) at the bottom of the S1 subsite. Taken together, these data provide new insight into the organization and functional role of the APA S1 subsite and will allow the design of pharmacophore of the inhibitor, helpful for the development of a new generation of APA inhibitors as central-acting antihypertensive agents.

Subjects

Subjects :
Models, Molecular
MESH : Glutamyl Aminopeptidase
MESH : Glutamates
MESH: Amino Acids
[SDV]Life Sciences [q-bio]
Angiotensin III
monozinc aminopeptidase
MESH : Aspartic Acid
MESH: Cricetinae
MESH: Amino Acid Sequence
Biochemistry
MESH: Aspartic Acid
Substrate Specificity
MESH : Sulfhydryl Compounds
Mice
chemistry.chemical_compound
Glutamates
MESH: Cricetulus
Cricetinae
[CHIM] Chemical Sciences
MESH : CHO Cells
MESH: Animals
Amino Acids
Enzyme Inhibitors
Site-directed mutagenesis
inhibitor design
[SDV.MHEP.EM] Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology/Endocrinology and metabolism
[PHYS]Physics [physics]
MESH: Glutamyl Aminopeptidase
0303 health sciences
MESH : Substrate Specificity
MESH: Kinetics
Hydrogen bond
MESH : Amino Acid Sequence
030302 biochemistry & molecular biology
MESH : Cricetinae
Life Sciences
[ SDV.MHEP.EM ] Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology/Endocrinology and metabolism
[SDV.MHEP.EM]Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology/Endocrinology and metabolism
Phosphonate
MESH : Mutagenesis, Site-Directed
molecular modelling
[SDV] Life Sciences [q-bio]
MESH: Mutagenesis, Site-Directed
Ectodomain
MESH: Enzyme Inhibitors
MESH: Calcium
Pharmacophore
MESH : Kinetics
site-directed mutagenesis
MESH : Phosphonic Acids
MESH: Models, Molecular
calcium-binding site
hypertension
Stereochemistry
MESH : Models, Molecular
education
MESH : Cricetulus
Organophosphonates
MESH: Phosphonic Acids
CHO Cells
Glutamyl Aminopeptidase
03 medical and health sciences
Cricetulus
MESH: Glutamates
site directed mutagenesis
MESH: CHO Cells
MESH : Mice
Animals
[CHIM]Chemical Sciences
Amino Acid Sequence
Sulfhydryl Compounds
Carboxylate
calcium binding site
MESH : Calcium
MESH: Sulfhydryl Compounds
Molecular Biology
MESH: Mice
030304 developmental biology
Aspartic Acid
MESH : Enzyme Inhibitors
Binding Sites
molecular modeling
Rational design
Cell Biology
Kinetics
chemistry
MESH: Binding Sites
Mutagenesis, Site-Directed
Calcium
MESH : Amino Acids
MESH: Substrate Specificity
MESH : Animals
MESH : Binding Sites

Details

Language :
English
ISSN :
02646021 and 14708728
Database :
OpenAIRE
Journal :
Biochemical Journal, Biochemical Journal, 2008, 416 (1), pp.37-46. ⟨10.1042/BJ20080471⟩, Biochemical Journal, Portland Press, 2008, 416 (1), pp.37-46. ⟨10.1042/BJ20080471⟩, Biochemical Journal, Portland Press, 2008, 416 (1), pp.37-46. 〈10.1042/BJ20080471〉
Accession number :
edsair.doi.dedup.....1fb51b15da1f23a6cb0b9032e3fa6eb4
Full Text :
https://doi.org/10.1042/BJ20080471⟩