The Structural Biology of Galectin-Ligand Recognition: Current Advances in Modeling Tools, Protein Engineering, and Inhibitor Design
Creators
- 1. Fundación Ciencias Exactas y Naturales
- 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
Description
Galectins (formerly known as "S-type lectins") are a subfamily of soluble proteins that typically bind β-galactoside carbohydrates with high specificity. They are present in many forms of life, from nematodes and fungi to animals, where they perform a wide range of functions. Particularly in humans, different types of galectins have been described differing not only in their tissue expression but also in their cellular location, oligomerization, fold architecture and carbohydrate-binding affinity. This distinct yet sometimes overlapping distributions and physicochemical attributes make them responsible for a wide variety of both intra- and extracellular functions, including tremendous importance in immunity and disease. In this review, we aim to provide a general description of galectins most important structural features, with a special focus on the molecular determinants of their carbohydrate-recognition ability. For that purpose, we structurally compare the human galectins, in light of recent mutagenesis studies and novel X-ray structures. We also offer a detailed description on how to use the solvent structure surrounding the protein as a tool to get better predictions of galectin-carbohydrate complexes, with a potential application to the rational design of glycomimetic inhibitory compounds. Finally, using Gal-1 and Gal-3 as paramount examples, we review a series of recent advances in the development of engineered galectins and galectin inhibitors, aiming to dissect the structure-activity relationship through the description of their interaction at the molecular level.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
الجاليكتينات (المعروفة سابقًا باسم "الليكتينات من النوع S ") هي عائلة فرعية من البروتينات القابلة للذوبان التي تربط عادةً كربوهيدرات β - galactoside ذات الخصوصية العالية. وهي موجودة في العديد من أشكال الحياة، من الديدان الخيطية والفطريات إلى الحيوانات، حيث تؤدي مجموعة واسعة من الوظائف. على وجه الخصوص في البشر، تم وصف أنواع مختلفة من الجليكتين لا تختلف فقط في تعبيرها النسيجي ولكن أيضًا في موقعها الخلوي، وتقسيم القلة، وهندسة الطيات، والتقارب المرتبط بالكربوهيدرات. هذه التوزيعات المتميزة والمتداخلة في بعض الأحيان والسمات الفيزيائية الكيميائية تجعلها مسؤولة عن مجموعة واسعة من الوظائف داخل الخلايا وخارجها، بما في ذلك الأهمية الهائلة في المناعة والمرض. في هذه المراجعة، نهدف إلى تقديم وصف عام لأهم السمات الهيكلية للجالكتين، مع التركيز بشكل خاص على المحددات الجزيئية لقدرتها على التعرف على الكربوهيدرات. لهذا الغرض، نقارن هيكليا الجليكتين البشري، في ضوء دراسات الطفرات الأخيرة وهياكل الأشعة السينية الجديدة. كما نقدم وصفًا تفصيليًا حول كيفية استخدام بنية المذيبات المحيطة بالبروتين كأداة للحصول على تنبؤات أفضل لمجمعات الجليكتين والكربوهيدرات، مع تطبيق محتمل للتصميم العقلاني للمركبات المثبطة لمحاكاة الجلوكوز. أخيرًا، باستخدام Gal -1 و Gal -3 كأمثلة قصوى، نستعرض سلسلة من التطورات الحديثة في تطوير الجليكتينات المهندسة ومثبطات الجليكتين، بهدف تشريح العلاقة بين البنية والنشاط من خلال وصف تفاعلها على المستوى الجزيئي.Translated Description (French)
Les galectines (anciennement appelées « lectines de type S ») sont une sous-famille de protéines solubles qui se lient généralement aux glucides β-galactosides avec une spécificité élevée. Ils sont présents dans de nombreuses formes de vie, des nématodes et des champignons aux animaux, où ils remplissent un large éventail de fonctions. En particulier chez l'homme, différents types de galectines ont été décrits, différant non seulement par leur expression tissulaire, mais également par leur localisation cellulaire, leur oligomérisation, leur architecture de pli et leur affinité pour les glucides. Ces distributions et attributs physico-chimiques distincts mais parfois superposés les rendent responsables d'une grande variété de fonctions intra- et extracellulaires, y compris d'une importance considérable dans l'immunité et la maladie. Dans cette revue, nous visons à fournir une description générale des caractéristiques structurelles les plus importantes des galectines, avec un accent particulier sur les déterminants moléculaires de leur capacité de reconnaissance des glucides. À cette fin, nous comparons structurellement les galectines humaines, à la lumière d'études de mutagenèse récentes et de nouvelles structures de rayons X. Nous proposons également une description détaillée sur la façon d'utiliser la structure de solvant entourant la protéine comme un outil pour obtenir de meilleures prédictions des complexes galectine-glucides, avec une application potentielle à la conception rationnelle de composés inhibiteurs glycomimétiques. Enfin, en utilisant Gal-1 et Gal-3 comme exemples primordiaux, nous passons en revue une série d'avancées récentes dans le développement de galectines modifiées et d'inhibiteurs de la galectine, visant à disséquer la relation structure-activité à travers la description de leur interaction au niveau moléculaire.Translated Description (Spanish)
Las galectinas (anteriormente conocidas como "lectinas de tipo S") son una subfamilia de proteínas solubles que típicamente se unen a los carbohidratos β-galactósidos con alta especificidad. Están presentes en muchas formas de vida, desde nematodos y hongos hasta animales, donde realizan una amplia gama de funciones. Particularmente en humanos, se han descrito diferentes tipos de galectinas que difieren no solo en su expresión tisular sino también en su ubicación celular, oligomerización, arquitectura de pliegue y afinidad de unión a carbohidratos. Estas distribuciones y atributos fisicoquímicos distintos, pero a veces superpuestos, los hacen responsables de una amplia variedad de funciones intra y extracelulares, incluida una tremenda importancia en la inmunidad y la enfermedad. En esta revisión, nuestro objetivo es proporcionar una descripción general de las características estructurales más importantes de las galectinas, con un enfoque especial en los determinantes moleculares de su capacidad de reconocimiento de carbohidratos. Para ello, comparamos estructuralmente las galectinas humanas, a la luz de estudios recientes de mutagénesis y nuevas estructuras de rayos X. También ofrecemos una descripción detallada sobre cómo utilizar la estructura del disolvente que rodea a la proteína como una herramienta para obtener mejores predicciones de los complejos de galectina-hidratos de carbono, con una posible aplicación al diseño racional de compuestos inhibidores glicomiméticos. Finalmente, utilizando Gal-1 y Gal-3 como ejemplos primordiales, revisamos una serie de avances recientes en el desarrollo de galectinas e inhibidores de galectina diseñados, con el objetivo de diseccionar la relación estructura-actividad a través de la descripción de su interacción a nivel molecular.Files
pdf.pdf
Files
(2.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:65eb4d6221dc70becfe2d3b64218df9c
|
2.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- البيولوجيا الهيكلية للتعرف على جاليكتين- ليجاند: التقدم الحالي في أدوات النمذجة وهندسة البروتين وتصميم المثبطات
- Translated title (French)
- La biologie structurale de la reconnaissance de la galectine-ligand : avancées actuelles dans les outils de modélisation, l'ingénierie des protéines et la conception d'inhibiteurs
- Translated title (Spanish)
- La biología estructural del reconocimiento de ligandos de galectina: avances actuales en herramientas de modelado, ingeniería de proteínas y diseño de inhibidores
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2993192316
- DOI
- 10.3389/fchem.2019.00823
References
- https://openalex.org/W1503857509
- https://openalex.org/W1789328091
- https://openalex.org/W1836000002
- https://openalex.org/W1962871751
- https://openalex.org/W1964004995
- https://openalex.org/W1967989660
- https://openalex.org/W1971652848
- https://openalex.org/W1976859231
- https://openalex.org/W1980333945
- https://openalex.org/W1981057091
- https://openalex.org/W1982440179
- https://openalex.org/W1992921903
- https://openalex.org/W2005207504
- https://openalex.org/W2006707957
- https://openalex.org/W2006712244
- https://openalex.org/W2007810817
- https://openalex.org/W2008336407
- https://openalex.org/W2021057891
- https://openalex.org/W2029667189
- https://openalex.org/W2046667071
- https://openalex.org/W2049595150
- https://openalex.org/W2049652679
- https://openalex.org/W2064491580
- https://openalex.org/W2068128836
- https://openalex.org/W2071604260
- https://openalex.org/W2075235472
- https://openalex.org/W2081469590
- https://openalex.org/W2082813327
- https://openalex.org/W2084881844
- https://openalex.org/W2088244278
- https://openalex.org/W2089005079
- https://openalex.org/W2098380988
- https://openalex.org/W2102896820
- https://openalex.org/W2106694412
- https://openalex.org/W2113648377
- https://openalex.org/W2123631033
- https://openalex.org/W2123886524
- https://openalex.org/W2127565585
- https://openalex.org/W2127588291
- https://openalex.org/W2129694886
- https://openalex.org/W2132064417
- https://openalex.org/W2133831816
- https://openalex.org/W2138790009
- https://openalex.org/W2142594575
- https://openalex.org/W2143206909
- https://openalex.org/W2145708869
- https://openalex.org/W2146796201
- https://openalex.org/W2155136555
- https://openalex.org/W2155848597
- https://openalex.org/W2157903759
- https://openalex.org/W2159655550
- https://openalex.org/W2166950481
- https://openalex.org/W2231215589
- https://openalex.org/W2296250748
- https://openalex.org/W2336040088
- https://openalex.org/W2338049693
- https://openalex.org/W2399538193
- https://openalex.org/W2403024259
- https://openalex.org/W2439307197
- https://openalex.org/W2474428864
- https://openalex.org/W2591575643
- https://openalex.org/W2781319759
- https://openalex.org/W2788992770
- https://openalex.org/W2808037671
- https://openalex.org/W2891238102
- https://openalex.org/W2899816249
- https://openalex.org/W2920028964
- https://openalex.org/W2966593610
- https://openalex.org/W4234842092
- https://openalex.org/W4237453513