Interdicting protease-activated receptor-2-driven inflammation with cell-penetrating pepducins

Abstract

Protease-activated receptor-2 (PAR2), a cell surface receptor for trypsin-like proteases, plays a key role in a number of acute and chronic inflammatory diseases of the joints, lungs, brain, gastrointestinal tract, and vascular systems. Despite considerable effort by the pharmaceutical industry, PAR2 has proven recalcitrant to targeting by small molecule inhibitors, which have been unable to effectively prevent the interaction of the protease-generated tethered ligand with the body of the receptor. Here, we report the development of first-in-class cell-penetrating lipopeptide "pepducin" antagonists of PAR2. The design of the third intracellular (i3) loop pepducins were based on a structural model of a PAR2 dimer and by mutating key pharmacophores in the receptor intracellular loops and analogous pepducins. Individual pharmacophores were identified, which controlled constitutive, agonist, and antagonist activities. This approach culminated in the identification of the P2pal-18S pepducin which completely suppressed trypsin and mast cell tryptase signaling through PAR2 in neutrophils and colon cancer cells. The PAR2 pepducin was highly efficacious in blocking PAR2-dependent inflammatory responses in mouse models. These effects were lost in PAR2-deficient and mast-cell-deficient mice, thereby validating the specificity of the pepducin in vivo. These data provide proof of concept that PAR2 pepducin antagonists may afford effective treatments of potentially debilitating inflammatory diseases and serve as a blueprint for developing highly potent and specific i3-loop-based pepducins for other G protein-coupled receptors (GPCRs).protease-activated receptor-1 | protease-activated receptor-4

Pharmacological Targeting of Protease-Activated Receptor 2 Affords Protection from Bleomycin-Induced Pulmonary Fibrosis

“…By using different endpoints of the murine bleomycin model, we provide evidence that PAR-2 deficiency provides persistent protection throughout the development of pulmonary fibrosis, suggesting PAR-2 is indeed an interesting target for therapeutic intervention. P2pal-18S is a cell-penetrating lipopeptide "pepducin" antagonist of PAR-2 that efficiently blocks PAR-2-dependent inflammatory responses in mouse models (27). We confirm and extend these findings by showing that P2pal-18S effectively blocks PAR-2-driven profibrotic responses in vitro.…”

“…Human platelets were donated by a healthy volunteer and isolated as described before (26). Thrombin and trypsin were from Sigma-Aldrich, whereas P2pal-18S (PAR-2 inhibitor [27]; palmitate-RSSAMDENSEKKRKSAIK-NH2) was from GL Biochem Ltd.…”

Prospects for use of peptides and their derivatives, structurally corresponding to the G protein-coupled receptors, in medicine

“…Решающие доказательства для этого были получены с помощью пепдуцинов, производных ЦП-3 рецептора PAR2. Пепдуцин Pal-RSSAMDENSEKKRKSAIK 270-287 (P2pal-18S) с заменой остатка Arg 284 на серин в концентрациях 0,14-0,2 мкМ полностью блокировал направленную миграцию нейтрофилов человека по градиенту концентрации трипсина и селективного PAR2-агониста SLIGRL [18]. Он также подавлял хемотаксис нейтрофилов мыши по градиенту концентрации трипсина, причём его концентрация составила всего 30 нМ.…”

“…Необходимо отметить, что даже небольшие изменения длины пепдуцинов и замены в них отдельных аминокислотных остатков меняют не только эффективность и селективность, но и направленность их действия. Так, удлинение пепдуцина P2pal-18S с N-конца тремя аминокислотными остатками приводит к аналогу, обладающему свойствами мощного PAR2-антагониста, замена С-концевого остатка лизина на фенилаланин делает его частичным агонистом, а пепдуцин, имеющий замену Lys 287 Phe, но сохранённый остаток Arg 284 , полностью лишён антагонистической активности и является слабым агонистом PAR2-рецептора [18]. Эти данные указывают на большие возможности для создания на основе пепдуцинов регуляторов воспалительных процессов, которые способны как усиливать, так и предотвращать воспалительные реакции и связанные с ними патологические состояния.…”

“…Таким образом, действие GPCR-пептида может реализовываться только в присутствии гомологичного или комплиментарного ему рецептора и характеризуется рецепторной и тканевой специфичностью, что и было доказано в целом ряде работ [4,[10][11][12][13][14][15][16][17][18]. Специфичность и направленность действия GPCR-пептидов, производных ЦП, а также обнаружение у них активности in vitro и in vivo открыло новые пути для создания на их основе регуляторов гормональных сигнальных систем.…”