Exploring G protein-coupled receptor allosterism by in silico methods
Els receptors acoblats a proteïna G (GPCRs) són proteïnes transmembrana involucrades en el procés de senyalització cel·lular i constitueixen importants dianes terapèutiques. Donats els avenços en tècniques de cristal·lització de proteïnes en els darrers anys, actualment s'ha aconseguit la deter...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2023 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:286998 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/286998 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | GPCR Al·lostèric Alostérico Allosteric Dinàmica molecular Dinámica molecular Molecular dynamics Ciències Experimentals |
| Sumario: | Els receptors acoblats a proteïna G (GPCRs) són proteïnes transmembrana involucrades en el procés de senyalització cel·lular i constitueixen importants dianes terapèutiques. Donats els avenços en tècniques de cristal·lització de proteïnes en els darrers anys, actualment s'ha aconseguit la determinació estructural de més de 100 GPCRs. Aquest coneixement estructural obre la possibilitat a l'aplicació de tècniques de desenvolupament racional de fàrmacs, que permeten la selecció de molècules candidates a partir d'informació estructural com interaccions lligant-proteïna. Tot i això, aquestes estructures cristal·lines proporcionen imatges estàtiques d'estats conformacionals altament estabilitzats, per la qual cosa típicament no mostren estructures intermèdies en els processos de funcionament dels GPCRs. Els GPCRs són proteïnes al·lostèriques per naturalesa, ja que la seva funció és transmetre canvis conformacionals a un lloc diferent del d'origen de la pertorbació (p.ex. la unió d'un lligand). En aquesta tesi s'analitzen mecanismes de comunicació al·lostèrica a GPCRs, en particular, el receptor cannabinoide 1 (CB1), per tal de proporcionar un marc conceptual útil per al disseny de fàrmacs, que inclou l'ús de simulacions de dinàmica molecular (una tècnica computacional que permet examinar estats conformacionals intermedis en un context dinàmic) i models matemàtics. Mitjançant simulacions de dinàmica molecular de CB1 unit a agonistes CP55940 i AM11542 es van identificar diversos residus rellevants per al procés d'activació de CB1, des de residus de contacte per a l'agonista (W356/F200, S383), residus al centre del receptor (D163, S390, S203) i residus intracel·lulars (R214, D338 i Y397), juntament amb canvis conformacionals de major escala a les seves hèlixs transmembrana. A més, també es van avaluar els efectes d'altres pertorbacions al·lostèriques sobre el procés d'activació. En primer lloc, es va trobar un efecte al·lostèric positiu en el procés d'activació quan la membrana estava composta per DOPG, un fosfolípid amb càrrega neta negativa, davant de POPC, un fosfolípid amb càrrega neta neutra, reflectit per la major probabilitat de trobar estats similars a l'estat actiu durant simulacions de dinàmica molecular. És possible que aquest efecte estigui intervingut per interaccions iòniques entre els fosfolípids de la membrana i el loop intracel·lular 3 de CB1. En segon lloc, es va introduir la mutació F237L al model inicial de CB1. Es va observar un impediment en el procés d'activació al CB1 mutant davant del wild type mitjançant simulacions de dinàmica molecular. A més, aquesta pertorbació local va introduir un efecte global sobre les propietats conformacionals del receptor i es va trobar que els residus més afectats per la mutació F237L concordaven amb residus rellevants per al procés d'activació. Atesa la capacitat de les simulacions de dinàmica molecular d'examinar estats intermedis en un context dinàmic, cal esperar que avenços futurs en tècniques de computació permetin estimar amb precisió paràmetres d'equilibri a partir de trajectòries de dinàmica molecular. Entre aquests, cal destacar la possibilitat d'estimar paràmetres cinètics, que podrien ser útils per optimitzar el disseny de fàrmacs. Examinant les equacions de l'equilibri d'associació/dissociació d'un modulador al·lostèric i de dos lligands ortostèrics en un receptor heterodimèric, s'ha trobat una relació entre paràmetres de cooperativitat de les constants de velocitat (α+/α-=β+/β-) . Aquesta equació mostra que un lligand pot augmentar o disminuir el temps de residència de l'altre, independentment de la cooperativitat en termes d'afinitat. Per acabar, es discuteix breument l'ús de tècniques d'intel·ligència artificial per a l'anàlisi de simulacions de dinàmica molecular. Aquestes simulacions poden generar grans quantitats de dades, i es podria esperar que en el futur l'aplicació de tècniques d'intel·ligència artificial sigui útil per a la discriminació de, per exemple, el perfil farmacològic de lligands. |
|---|