小分子は、PAD2を標的とすることにより、シトルリン化を活性化します

シトルリン化は、ペプチジルアルギニンデイミナーゼ（PAD）酵素によって触媒される翻訳後修飾であり、タンパク質シトルリン化の調節不全はさまざまな病理障害に関与しています。過去10年間、シトルリン剤阻害剤のパネルが開発されましたが、シトルリン化を活性化する小さな分子はこれまでめったに報告されていません。この研究では、シトルリン化ヒストンH3（CIT-H3）に対する抗体を使用してシトルリン化活性化因子をスクリーニングし、天然化合物デメトキシクルミン（DMC）を有意に活性化しました。DMC活性化シトルリン化のためのPAD2の要件は、機能アッセイの喪失によって確認されました。特に、DMCはPAD2と直接関与し、パッドファミリー酵素間で結合選択性を示しました。点変異アッセイは、PAD2を標的とするDMCに残基E352が不可欠であることを示しました。一貫して、DMCは、シトルリン化関連細胞アポトーシスやDNA損傷を含むPAD2活性の調節不全を伴う細胞の典型的な表現型を誘導しました。全体として、私たちの研究は、合理的にスクリーニングシトルリン化活性化因子をスクリーニングするための戦略を提示するだけでなく、タンパク質シトルリン化を活性化するための化学的アプローチも提供します。この記事は、Theo Murphy Meetingの問題「タンパク質シトルリン化の美徳と悪」の一部です。

Citrullination is a post-translational modification catalysed by peptidyl arginine deiminase (PAD) enzymes, and dysregulation of protein citrullination is involved in various pathological disorders. During the past decade, a panel of citrullination inhibitors has been developed, while small molecules activating citrullination have rarely been reported so far. In this study, we screened citrullination activator using an antibody against citrullinated histone H3 (cit-H3), and a natural compound demethoxycurcumin (DMC) significantly activated citrullination. The requirement of PAD2 for DMC-activated citrullination was confirmed by a loss of function assay. Notably, DMC directly engaged with PAD2, and showed binding selectivity among PAD family enzymes. Point mutation assay indicated that residue E352 is essential for DMC targeting PAD2. Consistently, DMC induced typical phenotypes of cells with dysregulation of PAD2 activity, including citrullination-associated cell apoptosis and DNA damage. Overall, our study not only presents a strategy for rationally screening citrullination activators, but also provides a chemical approach for activating protein citrullination. This article is part of the Theo Murphy meeting issue 'The virtues and vices of protein citrullination'.