シクロチドの免疫抑制効果のための環状シスチンノット構造モチーフの重要性

シクロチドT20Kは、ヒト免疫細胞の増殖を阻害し、現在、多発性硬化症の臨床試験中です。ここでは、T20Kの構造活性関係に関する新しい機能データと機構的洞察を提供します。シスチンノットの部分的または完全な減少を伴う類似体は、増殖実験で機能の喪失を抱えていました。同様に、T20Kの非環式類似体は、リンパ球バイオアッセイでは不活性でした。細胞の取り込み研究は、ヒト免疫細胞のサイトゾルへのネイティブペプチドのみの速い分率移動が示されたため、非ネイティブペプチド類似体の活性の欠如は、細胞膜と相互作用して浸透する能力に関連しているようです。したがって、構造活性の関係を解明するために、環状と線形の天然折りたたみペプチドの構造の違いをNMRによって調査しました。非環式T20Kは、ネイティブ環状T20Kと比較して、硬直性バックボーンが少なく、ループ1および6にかなりの構造変化があり、周期的シスチンノットモチーフがユニークな生物活性足場であるという考えをサポートしています。この研究は、シクロチドのこの構造モチーフが生物活性、生物膜との相互作用と輸送、およびこれらのペプチドの構造的完全性を支配するという証拠を提供します。これらの観察結果は、進化全体にわたるシスチンノットモチーフの構造的保存により、他のシスチンノットタンパク質の構造活性を理解し、新規環状システイン安定化分子の設計に関するガイダンスを提供するのに役立ちます。

The cyclotide T20K inhibits the proliferation of human immune cells and is currently in clinical trials for multiple sclerosis. Here, we provide novel functional data and mechanistic insights into structure-activity relationships of T20K. Analogs with partial or complete reduction of the cystine knot had loss of function in proliferation experiments. Similarly, an acyclic analog of T20K was inactive in lymphocyte bioassays. The lack of activity of non-native peptide analogs appears to be associated with the ability of cyclotides to interact with and penetrate cell membranes, since cellular uptake studies demonstrated fast fractional transfer only of the native peptide into the cytosol of human immune cells. Therefore, structural differences between cyclic and linear native folded peptides were investigated by NMR to elucidate structure-activity relationships. Acyclic T20K had a less rigid backbone and considerable structural changes in loops 1 and 6 compared to the native cyclic T20K, supporting the idea that the cyclic cystine knot motif is a unique bioactive scaffold. This study provides evidence that this structural motif in cyclotides governs bioactivity, interactions with and transport across biological membranes, and the structural integrity of these peptides. These observations could be useful to understand the structure-activity of other cystine knot proteins due to the structural conservation of the cystine knot motif across evolution and to provide guidance for the design of novel cyclic cysteine-stabilized molecules.