ヒトヒスチジンデカルボキシラーゼの新規補酵素 - 副舞台類似体の阻害および構造研究

重要な生物学的機能を備えた生体アミンであるヒスタミンは、ピリドキサール5'-リン酸依存性酵素であるヒスチジン脱炭酸酵素（HDC）によってヒスチジンから生成されます。したがって、HDCは、特定の病理学的状態でヒスタミン産生を減衰させる潜在的な標的です。哺乳類HDCの3次元構造がまだ不明であるため、新しい阻害剤を使用して哺乳類HDCを標的とし、HDCの特異性の構造的基礎を解明することは挑戦的なタスクです。本研究では、ヒト（H）HDCの阻害剤として潜在的に膜透過性ピリドキシル基質コンジュゲートを設計、合成、およびテストし、実験データと互換性のあるHHDCの活性部位をモデル化しました。9つのテストされた構造変異体の中で最も強力な阻害化合物は、ピリドキシルヒスチジンメチルエステルコンジュゲート（PHME）であり、HHDCの結合部位がヒスチジンのイミダゾール側鎖以外のグループに耐えられないことを示しています。PHMEは、200ミクロムでヒトHMC-1細胞で12-O-Tetradecanoylphorbol-13-アセテート誘発性HDCの割合の60％を阻害し、細胞抽出物でも阻害されました。活性部位にホスホピリドキシルヒスチジンを含むHHDCの提案されたモデルは、その基質に向けたHDCの結合特異性と、設計および調査された化合物の構造活性関係を明らかにしました。

Histamine, a biogenic amine with important biological functions, is produced from histidine by histidine decarboxylase (HDC), a pyridoxal 5'-phosphate-dependent enzyme. HDC is thus a potential target to attenuate histamine production in certain pathological states. Targeting mammalian HDC with novel inhibitors and elucidating the structural basis of their specificity for HDC are challenging tasks, because the three-dimensional structure of mammalian HDC is still unknown. In the present study, we designed, synthesized, and tested potentially membrane-permeable pyridoxyl-substrate conjugates as inhibitors for human (h) HDC and modeled an active site of hHDC, which is compatible with the experimental data. The most potent inhibitory compound among nine tested structural variants was the pyridoxyl-histidine methyl ester conjugate (PHME), indicating that the binding site of hHDC does not tolerate groups other than the imidazole side chain of histidine. PHME inhibited 60% of the fraction of 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate-induced newly synthesized HDC in human HMC-1 cells at 200 microM and was also inhibitory in cell extracts. The proposed model of hHDC, containing phosphopyridoxyl-histidine in the active site, revealed the binding specificity of HDC toward its substrate and the structure-activity relationship of the designed and investigated compounds.