アルギニン特異的基質切断の古代のメカニズム：NSP4で「上」は何ですか？

最近発見された好中球セリンプロテアーゼ4（NSP4）は、よく研究された好中球エラスターゼ、プロテイナーゼ3およびカテプシンGを含むNSPファミリーの4番目のメンバーです。骨髄と、2アミノ酸活性化ペプチドの切断後、好中球のアズロフィル顆粒の活性プロテアーゼとして保存されます。その一次アミノ酸配列に基づいて、NSP4はエラスターゼ様基質特異性を備えた浅いS1特異性ポケットを持つと予測されています。ただし、NSP4は、アルギニン残基の後に優先的に切断することがわかった。構造研究は、P1-アルギニン認識の前例のないメカニズムを明らかにすることにより、このパラドックスを解決しました。P1-アルギニン残基が深いS1ポケットを指している標準的なメカニズムとは対照的に、アルギニン側鎖はNSP4活性部位に表面に露出した「アップ」立体構造を採用しています。この立体構造は、アルギニン側鎖の脂肪族部分の疎水性プラットフォームとして機能するPHE190残基と、アルギニングアニジウムグループとNSP4残基Ser192およびSer216の間の水素結合のネットワークによって安定化されます。このユニークな構成により、シトルリンやメチルアルギニンなどの自然に修飾されたアルギニン残基の後でも、NSP4が切断できます。特徴的な「トライアド」PHE190-SER192-SER216によって特徴付けられるこの非標準メカニズムは、約4億年前に現れた骨魚から始まる進化全体で主に保存されています。NSP4の基質と生理学的役割は依然として決定されていませんが、その顕著な進化的保存、制限された組織の発現、および他の好中球セリンプロテアーゼとの相同性は、免疫関連プロセスの機能を予測しています。

The recently discovered neutrophil serine protease 4 (NSP4) is the fourth member of the NSP family, which includes the well-studied neutrophil elastase, proteinase 3 and cathepsin G. Like the other three NSP members, NSP4 is synthesized by myeloid precursors in the bone marrow and, after cleavage of the two-amino acid activation peptide, is stored as an active protease in azurophil granules of neutrophils. Based on its primary amino acid sequence, NSP4 is predicted to have a shallow S1 specificity pocket with elastase-like substrate specificity. However, NSP4 was found to preferentially cleave after an arginine residue. Structural studies resolved this paradox by revealing an unprecedented mechanism of P1-arginine recognition. In contrast to the canonical mechanism in which the P1-arginine residue points down into a deep S1 pocket, the arginine side chain adopts a surface-exposed 'up' conformation in the NSP4 active site. This conformation is stabilized by the Phe190 residue, which serves as a hydrophobic platform for the aliphatic portion of the arginine side chain, and a network of hydrogen bonds between the arginine guanidium group and the NSP4 residues Ser192 and Ser216. This unique configuration allows NSP4 to cleave even after naturally modified arginine residues, such as citrulline and methylarginine. This non-canonical mechanism, characterized by the hallmark 'triad' Phe190-Ser192-Ser216, is largely preserved throughout evolution starting with bony fish, which appeared about 400 million years ago. Although the substrates and physiological role of NSP4 remain to be determined, its remarkable evolutionary conservation, restricted tissue expression and homology to other neutrophil serine proteases anticipate a function in immune-related processes.