Published September 2, 2013
| Version v1
Publication
Open
Blocking Plasmodium falciparum Development via Dual Inhibition of Hemoglobin Degradation and the Ubiquitin Proteasome System by MG132
Creators
- 1. Centre for Cellular and Molecular Biology
- 2. San Francisco General Hospital
- 3. University of California, San Francisco
Description
Among key potential drug target proteolytic systems in the malaria parasite Plasmodium falciparum are falcipains, a family of hemoglobin-degrading cysteine proteases, and the ubiquitin proteasomal system (UPS), which has fundamental importance in cellular protein turnover. Inhibition of falcipains blocks parasite development, primarily due to inhibition of hemoglobin degradation that serves as a source of amino acids for parasite growth. Falcipains prefer P2 leucine in substrates and peptides, and their peptidyl inhibitors with leucine at the P2 position show potent antimalarial activity. The peptidyl inhibitor MG132 (Z-Leu-Leu-Leu-CHO) is a widely used proteasome inhibitor, which also has P2 leucine, and has also been shown to inhibit parasite development. However, the antimalarial targets of MG132 are unclear. We investigated whether MG132 blocks malaria parasite development by inhibiting hemoglobin degradation and/or by targeting the UPS. P. falciparum was cultured with inhibitors of the UPS (MG132, epoxomicin, and lactacystin) or falcipains (E64), and parasites were assessed for morphologies, extent of hemoglobin degradation, and accumulation of ubiquitinated proteins. MG132, like E64 and unlike epoxomicin or lactacystin, blocked parasite development, with enlargement of the food vacuole and accumulation of undegraded hemoglobin, indicating inhibition of hemoglobin degradation by MG132, most likely due to inhibition of hemoglobin-degrading falcipain cysteine proteases. Parasites cultured with epoxomicin or MG132 accumulated ubiquitinated proteins to a significantly greater extent than untreated or E64-treated parasites, indicating that MG132 inhibits the parasite UPS as well. Consistent with these findings, MG132 inhibited both cysteine protease and UPS activities present in soluble parasite extracts, and it strongly inhibited recombinant falcipains. MG132 was highly selective for inhibition of P. falciparum (IC50 0.0476 µM) compared to human peripheral blood mononuclear cells (IC50 10.8 µM). Thus, MG132 inhibits two distinct proteolytic systems in P. falciparum, and it may serve as a lead molecule for development of dual-target inhibitors of malaria parasites.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
من بين الأنظمة البروتينية المستهدفة المحتملة للأدوية في طفيلي الملاريا المتصورة المنجلية هي المنجلية، وهي عائلة من بروتياز السيستين المتحلل للهيموغلوبين، ونظام يوبيكويتين البروتيازومي (UPS)، الذي له أهمية أساسية في دوران البروتين الخلوي. يمنع تثبيط المنجل تطور الطفيليات، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى تثبيط تحلل الهيموغلوبين الذي يعمل كمصدر للأحماض الأمينية لنمو الطفيليات. تفضل Falcipains الليوسين P2 في الركائز والببتيدات، وتظهر مثبطات الببتيديل الخاصة بها مع الليوسين في موضع P2 نشاطًا قويًا مضادًا للملاريا. مثبط الببتيد MG132 (Z - Leu - Leu - Leu - CHO) هو مثبط بروتيزوم يستخدم على نطاق واسع، والذي يحتوي أيضًا على P2 ليوسين، وقد ثبت أيضًا أنه يمنع تطور الطفيليات. ومع ذلك، فإن أهداف MG132 المضادة للملاريا غير واضحة. لقد حققنا فيما إذا كان MG132 يمنع تطور طفيليات الملاريا عن طريق تثبيط تدهور الهيموغلوبين و/أو عن طريق استهداف المولدات غير المنقطعة. تم استزراع P. falciparum باستخدام مثبطات UPS (MG132، الإيبوكسوم، واللاكتاسيستين) أو Falcipains (E64)، وتم تقييم الطفيليات بحثًا عن الأشكال، ومدى تدهور الهيموجلوبين، وتراكم البروتينات الموجودة في كل مكان. منع MG132، مثل E64 وعلى عكس الإيبوكسوميسين أو اللاكتاسيستين، تطور الطفيليات، مع تضخم فجوة الغذاء وتراكم الهيموجلوبين غير المتدهور، مما يشير إلى تثبيط تحلل الهيموجلوبين بواسطة MG132، على الأرجح بسبب تثبيط بروتياز فالسيبين السيستين المتحلل للهيموجلوبين. الطفيليات المستزرعة بالإيبوكسوميسين أو بروتينات MG132 المتراكمة في كل مكان إلى حد أكبر بكثير من الطفيليات غير المعالجة أو المعالجة بـ E64، مما يشير إلى أن MG132 يثبط الطفيلي يو بي إس أيضًا. تمشيا مع هذه النتائج، قام MG132 بتثبيط كل من بروتياز السيستين وأنشطة يو بي إس الموجودة في مستخلصات الطفيليات القابلة للذوبان، كما قام بتثبيط المنجل المؤتلف بقوة. كان MG132 انتقائيًا للغاية لتثبيط المتصورة المنجلية (IC50 0.0476 ميكرومتر) مقارنة بالخلايا أحادية النواة في الدم المحيطي البشري (IC50 10.8 ميكرومتر). وبالتالي، يثبط MG132 نظامين بروتينيين متميزين في المتصورة المنجلية، وقد يكون بمثابة جزيء رئيسي لتطوير مثبطات مزدوجة الهدف لطفيليات الملاريا.Translated Description (French)
Parmi les principaux systèmes protéolytiques cibles potentiels du parasite du paludisme Plasmodium falciparum figurent les falcipains, une famille de cystéines protéases dégradant l'hémoglobine, et le système protéasomique de l'ubiquitine (UPS), qui a une importance fondamentale dans le renouvellement des protéines cellulaires. L'inhibition des falcipains bloque le développement des parasites, principalement en raison de l'inhibition de la dégradation de l'hémoglobine qui sert de source d'acides aminés pour la croissance des parasites. Les falcipains préfèrent la leucine P2 dans les substrats et les peptides, et leurs inhibiteurs peptidiques avec la leucine en position P2 montrent une puissante activité antipaludique. L'inhibiteur du peptidyle MG132 (Z-Leu-Leu-Leu-CHO) est un inhibiteur du protéasome largement utilisé, qui contient également de la leucine P2, et il a également été démontré qu'il inhibe le développement des parasites. Cependant, les cibles antipaludiques de MG132 ne sont pas claires. Nous avons cherché à savoir si la MG132 bloque le développement du parasite du paludisme en inhibant la dégradation de l'hémoglobine et/ou en ciblant l'onduleur. P. falciparum a été cultivé avec des inhibiteurs de l'UPS (MG132, époxomicine et lactacystine) ou des falcipains (E64), et les parasites ont été évalués pour la morphologie, l'étendue de la dégradation de l'hémoglobine et l'accumulation de protéines ubiquitinées. La MG132, comme l'E64 et contrairement à l'époxomicine ou à la lactacystine, a bloqué le développement du parasite, avec un élargissement de la vacuole alimentaire et une accumulation d'hémoglobine non dégradée, indiquant une inhibition de la dégradation de l'hémoglobine par la MG132, probablement due à l'inhibition des protéases à cystéine falcipaine dégradant l'hémoglobine. Les parasites cultivés avec de l'époxomicine ou de la MG132 ont accumulé des protéines ubiquitinées dans une mesure significativement plus importante que les parasites non traités ou traités à l'E64, ce qui indique que la MG132 inhibe également l'onduleur parasitaire. Conformément à ces résultats, la MG132 a inhibé à la fois les activités de la cystéine protéase et de l'UPS présentes dans les extraits de parasites solubles, et elle a fortement inhibé les falcipains recombinants. MG132 était très sélectif pour l'inhibition de P. falciparum (CI50 0,0476 µM) par rapport aux cellules mononucléées du sang périphérique humain (CI50 10,8 µM). Ainsi, la MG132 inhibe deux systèmes protéolytiques distincts chez P. falciparum, et elle peut servir de molécule principale pour le développement d'inhibiteurs à double cible des parasites du paludisme.Translated Description (Spanish)
Entre los posibles sistemas proteolíticos diana farmacológicos clave en el parásito de la malaria Plasmodium falciparum se encuentran las falcipaínas, una familia de cisteína proteasas que degradan la hemoglobina, y el sistema proteasómico de ubiquitina (UPS), que tiene una importancia fundamental en el recambio de proteínas celulares. La inhibición de las falcipaínas bloquea el desarrollo del parásito, principalmente debido a la inhibición de la degradación de la hemoglobina que sirve como fuente de aminoácidos para el crecimiento del parásito. Las falcipainas prefieren la leucina P2 en sustratos y péptidos, y sus inhibidores de peptidilo con leucina en la posición P2 muestran una potente actividad antipalúdica. El inhibidor de peptidilo MG132 (Z-Leu-Leu-Leu-CHO) es un inhibidor del proteasoma ampliamente utilizado, que también tiene leucina P2, y también se ha demostrado que inhibe el desarrollo de parásitos. Sin embargo, los objetivos antipalúdicos de MG132 no están claros. Investigamos si MG132 bloquea el desarrollo del parásito de la malaria al inhibir la degradación de la hemoglobina y/o al dirigirse al SAI. P. falciparum se cultivó con inhibidores del UPS (MG132, epoxomicina y lactacistina) o falcipainas (E64), y se evaluaron los parásitos para determinar las morfologías, el grado de degradación de la hemoglobina y la acumulación de proteínas ubiquitinadas. MG132, al igual que E64 y a diferencia de la epoxomicina o la lactacistina, bloqueó el desarrollo del parásito, con agrandamiento de la vacuola de los alimentos y acumulación de hemoglobina no degradada, lo que indica la inhibición de la degradación de la hemoglobina por MG132, muy probablemente debido a la inhibición de las cisteína proteasas que degradan la hemoglobina. Los parásitos cultivados con epoxomicina o MG132 acumularon proteínas ubiquitinadas en una medida significativamente mayor que los parásitos no tratados o tratados con E64, lo que indica que MG132 también inhibe el UPS del parásito. De acuerdo con estos hallazgos, MG132 inhibió tanto la cisteína proteasa como las actividades de UPS presentes en los extractos de parásitos solubles, e inhibió fuertemente las falcipainas recombinantes. MG132 fue altamente selectivo para la inhibición de P. falciparum (IC50 0.0476 µM) en comparación con las células mononucleares de sangre periférica humana (IC50 10.8 µM). Por lo tanto, MG132 inhibe dos sistemas proteolíticos distintos en P. falciparum, y puede servir como una molécula líder para el desarrollo de inhibidores de doble objetivo de los parásitos de la malaria.Files
journal.pone.0073530&type=printable.pdf
Files
(1.6 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:450aefc7a198855dde6631ea11a828d7
|
1.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- حجب تطور المتصورة المنجلية عن طريق التثبيط المزدوج لتحلل الهيموغلوبين ونظام بروتيزوم اليوبيكويتين بواسطة MG132
- Translated title (French)
- Blocage du développement de Plasmodium falciparum par double inhibition de la dégradation de l'hémoglobine et du système protéasomique de l'ubiquitine par MG132
- Translated title (Spanish)
- Bloqueo del desarrollo de Plasmodium falciparum mediante la inhibición dual de la degradación de la hemoglobina y el sistema proteasoma de ubiquitina por MG132
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W1979484641
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0073530
References
- https://openalex.org/W1556426431
- https://openalex.org/W1963722730
- https://openalex.org/W1969503178
- https://openalex.org/W1969894269
- https://openalex.org/W1972959613
- https://openalex.org/W1976757612
- https://openalex.org/W1977724107
- https://openalex.org/W1982525775
- https://openalex.org/W1987575637
- https://openalex.org/W1988159034
- https://openalex.org/W1988937622
- https://openalex.org/W1989593071
- https://openalex.org/W1989990175
- https://openalex.org/W1991915276
- https://openalex.org/W1991930087
- https://openalex.org/W1993545625
- https://openalex.org/W1996101488
- https://openalex.org/W1997298397
- https://openalex.org/W1999042605
- https://openalex.org/W1999119754
- https://openalex.org/W2004830871
- https://openalex.org/W2006505501
- https://openalex.org/W2010440422
- https://openalex.org/W2011716103
- https://openalex.org/W2012845953
- https://openalex.org/W2016982223
- https://openalex.org/W2018531445
- https://openalex.org/W2020251171
- https://openalex.org/W2025204393
- https://openalex.org/W2029985793
- https://openalex.org/W2031215274
- https://openalex.org/W2034037368
- https://openalex.org/W2081703573
- https://openalex.org/W2083762132
- https://openalex.org/W2084721485
- https://openalex.org/W2085187792
- https://openalex.org/W2099242689
- https://openalex.org/W2114818342
- https://openalex.org/W2121986537
- https://openalex.org/W2124583600
- https://openalex.org/W2130280297
- https://openalex.org/W2130580441
- https://openalex.org/W2131316262
- https://openalex.org/W2138841180
- https://openalex.org/W2142316927
- https://openalex.org/W2149210774
- https://openalex.org/W2151758852
- https://openalex.org/W2159831275
- https://openalex.org/W2160649586
- https://openalex.org/W2164874913
- https://openalex.org/W2165174924
- https://openalex.org/W2168360120
- https://openalex.org/W23638900
- https://openalex.org/W4248713218