Strukturelle Basis des Mechanismus und der Hemmung einer menschlichen Ceramid-Synthase

Ceramide sind bioaktive Sphingolipide, die entscheidend für die Regulierung des zellulären Stoffwechsels sind. Ceramide und Dihydroceramide werden von sechs Ceramid-Synthase (CerS) Enzymen synthetisiert, die jeweils eine Spezifität für verschiedene Acyl-CoA-Substrate aufweisen. Ceramid mit einer 16-kohlenstoffhaltigen Acylkette (C16-Ceramid) wird mit Fettleibigkeit, Insulinresistenz und Lebererkrankungen in Verbindung gebracht, und die C16-Ceramid-synthetisierende CerS6 gilt als attraktives Arzneimittelziel für mit Fettleibigkeit assoziierte Erkrankungen. Trotz ihrer Bedeutung ist der molekulare Mechanismus, der der Ceramid-Synthese durch CerS-Enzyme zugrunde liegt, schlecht verstanden. Hier berichten wir über Kryo-Elektronenmikroskopie-Strukturen der menschlichen CerS6, die kovalente Zwischenprodukte und produktgebundene Zustände erfassen. Diese Strukturen, zusammen mit biochemischen Charakterisierungen, zeigen, dass die CerS-Katalyse durch einen Ping-Pong-Reaktionsmechanismus verläuft, der ein kovalentes Acyl-Enzym-Zwischenprodukt umfasst. Bemerkenswerterweise wurde die produktgebundene Struktur bei der Reaktion mit dem Mykotoxin Fumonisin B1 erhalten, was Einblicke in dessen Hemmung von CerS bietet. Diese Ergebnisse liefern einen Rahmen für das Verständnis der CerS-Funktion, -Selektivität und -Hemmung und eröffnen Wege für zukünftige Arzneimittelentdeckungen.