Structural implications of the DFD-in domain in computer-aided molecular design of MAP kinase interacting kinase 2 inhibitors

Abstract

Protein translation is a key process on cell development and proliferation that is often deregulated in cancer. MAP kinase interacting kinases 1 and 2 (Mnk1/2) play a pivotal role in regulating the capdependent translation through phosphorylation of eIF4E transcription factor. Thus, Mnk1/2 targeting have been proposed as a novel therapeutic strategy that would minimize side-effects in contrast to other therapies. For this reason, there is a growing interest in designing in silico new Mnk1/2 inhibitors which demands from reliable structural models. Interestingly, the catalytic domain of Mnk proteins are characterized by a DFD motif instead of the characteristic DFG motif of other kinases. However, Mnk2 structural models described in literature are DFG mutated and do not contain the activation loop. Molecular design techniques have been applied to obtain a structural model of the full wildtype Mnk2 protein including the activation loop. The effect of the loop on the interaction mechanism of well-known ligands has been evaluated. Obtained results suggest that the presence of the activation loop is determinant for the correct prediction of the active site and it is essential for the design of new inhibitors.

La traducción de proteínas es un proceso clave para el desarrollo y la proliferación celular que se encuentra desregulado en muchos cánceres. Las proteínas MAP kinase interacting kinases 1 and 2 (Mnk1/2) juegan un papel fundamental en la traducción cap-dependiente regulando la fosforilación del factor eIF4E y se han postulado como una diana terapéutica de gran interés para intentar minimizar los efectos secundarios de las terapias convencionales. Por este motivo, hay un interés creciente en el diseño in silico de nuevos inhibidores de Mnk1/2 que, en consecuencia, requiere de modelos estructurales fiables. El dominio catalítico de las proteínas Mnk presenta un motivo DFD que sustituye el motivo DFG característico de las proteínas quinasas. Sin embargo, en el caso particular de la Mnk2, los modelos estructurales disponibles en la bibliografía presentan la mutación DFG y les falta el loop de activación. Mediante técnicas de diseño molecular se ha obtenido un modelo completo de la proteína Mnk2 wildtype que incluye el loop de activación y se ha evaluado el efecto de éste sobre el mecanismo de interacción de ligandos conocidos. Los resultados obtenidos indican que la presencia del loop de activación es determinante para la correcta identificación del centro activo y se considera esencial para el diseño de nuevos inhibidores.

La traducció de proteïnes és un procés clau per al desenvolupament i la proliferació cel·lular que es troba desregulat en molts càncers. Les proteïnes MAP kinase interacting kinases 1 and 2 (Mnk1/2) juguen un paper fonamental en la traducció cap-depenent mediant la fosforilació del factor eIF4E i han esdevingut una diana terapèutica de gran interès per intentar minimitzar els efectes secundaris de teràpies convencionals. Per aquest motiu, hi ha un interès creixent en el disseny in silico de nous inhibidors de Mnk1/2 que, en conseqüència, requereix de models estructurals fiables. El domini catalític de les proteïnes Mnk presenta un motiu DFD que substitueix el característic motiu DFG de les proteïnes cinases. No obstant, en el cas particular de la Mnk2, els models estructurals disponibles en la bibliografia presenten la mutació DFG i els manca el loop d’activació. Mitjançant tècniques de disseny molecular s’ha obtingut un model complet de la proteïna Mnk2 wildtype que inclou el loop d’activació i s’ha avaluat l’efecte d’aquest sobre el mecanisme d’interacció de lligands coneguts. Els resultats obtinguts indiquen que la presència del loop d’activació és determinant per a la correcta identificació del centre actiu i es considera essencial pel disseny de nous inhibidors.