Mechanism of allosteric activation in human mitochondrial ClpP protease
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Human ClpP protease contributes to mitochondrial protein quality control by degrading misfolded proteins. ClpP is overexpressed in cancers such as acute myeloid leukemia (AML), where its inhibition leads to the accumulation of damaged respiratory chain subunits and cell death. Conversely, hyperactivating ClpP with small-molecule activators, such as the recently-discovered ONC201, disrupts mitochondrial protein degradation and impairs respiration in cancer cells. Despite its critical role in human health, the mechanism underlying the structural and functional properties of human ClpP remain elusive. Notably, human ClpP is paradoxically activated by active-site inhibitors. All available structures of human ClpP published to date are in the inactive compact or compressed states, surprisingly even when ClpP is bound to an activator molecule such as ONC201. Here, we present the first structures of human mitochondrial ClpP in the active extended state, including a pair of structures where ClpP is bound to an active-site inhibitor. We demonstrate that amino acid substitutions in the handle region (A192E and E196R) recreate a conserved salt bridge found in bacterial ClpP, stabilizing the extended active state and significantly enhancing ClpP activity. We elucidate the ClpP activation mechanism, highlighting a hormetic effect where sub-stoichiometric inhibitor binding triggers an allosteric transition that drives ClpP into its active extended state. Our findings link the conformational dynamics of ClpP to its catalytic function and provide high-resolution structures for the rational design of potent and specific ClpP inhibitors, with implications for targeting AML and other disorders with ClpP involvement. Significance statement Human ClpP protease is essential for maintaining mitochondrial protein quality by degrading damaged proteins. In cancers like acute myeloid leukemia (AML), ClpP is overexpressed, and inhibiting it causes cancer cell death by disrupting mitochondrial function. Conversely, activating ClpP with small molecules, such as ONC201, also leads to cancer cell death by impairing mitochondrial respiration. However, the structural details of ClpP activation have been elusive. Our research presents the first structures of human ClpP in its active state, revealing a novel activation mechanism where inhibitors unexpectedly trigger activity through allosteric changes. These insights provide a foundation for designing targeted therapies for AML and other diseases where ClpP plays a crucial role.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».