ヒダントインによるアミロイド原性免疫グロブリン軽鎖の安定化の構造的基盤

Structural basis for the stabilization of amyloidogenic immunoglobulin light chains by hydantoins.

• Nicholas L Yan
• Diogo Santos-Martins
• Enrico Rennella
• Brittany B Sanchez
• Jason S Chen
• Lewis E Kay
• Ian A Wilson
• Gareth J Morgan
• Stefano Forli
• Jeffery W Kelly

抄録

免疫グロブリン軽鎖（LC）のミスフォールディングと凝集は、免疫グロブリンLCアミロイドーシス（AL）という疾患において、ミトチン化後の組織の変性につながる。我々は以前に、完全長LCのネイティブな二量体構造の低分子運動安定化剤の発見を報告しており、これはLC凝集カスケードの最初の段階で速度を遅くしたり、停止させたりする。ハイスループットスクリーニングから得られた運動安定化剤の主要な構造カテゴリは、7位で置換されたクマリンであり、軽鎖二量体の2つの可変ドメイン間の界面に結合している。ここでは、別の、より極性の高い、LC運動安定剤ケモタイプ、3,5置換ヒダントインの結合モードを報告する。計算ドッキング、溶液核磁気共鳴実験、およびX線結晶構造解析は、ヒダントイン3位から出現する芳香族部分構造がクマリン環と同じLC結合部位を占有していることを示しています。特筆すべきは、ヒダントイン環は、クマリンのヒットによってマップされた結合部位を超えて広がっていることである。ヒダントイン環は、両方のLCモノマーと同時に水素結合を行います。ヒダントイン5位のアルキル部分構造は、部分的にクマリン部分構造によって占められているポケットに近位の新規な結合ポケットを占めている。全体的に、ヒダントインの構造データは、LCの可変領域-可変領域-二量体界面のより広い領域が、これまでに実証されたよりも低分子結合に適したものであることを示唆している。

Misfolding and aggregation of immunoglobulin light chains (LCs) leads to the degeneration of post-mitotic tissue in the disease immunoglobulin LC amyloidosis (AL). We previously reported the discovery of small molecule kinetic stabilizers of the native dimeric structure of full-length LCs, which slow or stop the LC aggregation cascade at the outset. A predominant structural category of kinetic stabilizers emerging from the high-throughput screen are coumarins substituted at the 7-position, which bind at the interface between the two variable domains of the light chain dimer. Here, we report the binding mode of another, more polar, LC kinetic stabilizer chemotype, 3,5-substituted hydantoins. Computational docking, solution nuclear magnetic resonance experiments, and x-ray crystallography show that the aromatic substructure emerging from the hydantoin 3-position occupies the same LC binding site as the coumarin ring. Notably, the hydantoin ring extends beyond the binding site mapped out by the coumarin hits. The hydantoin ring makes hydrogen bonds with both LC monomers simultaneously. The alkyl substructure at the hydantoin 5-position partially occupies a novel binding pocket proximal to the pocket occupied by the coumarin substructure. Overall, the hydantoin structural data suggest that a larger area of the LC variable-domain-variable-domain dimer interface is amenable to small molecule binding than previously demonstrated, which should facilitate development of more potent full-length LC kinetic stabilizers.

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