Alpha2-adrenoceptors: Structure and ligand binding properties at the molecular level
Laurila, Jonne M.M. (2011-05-06)
Alpha2-adrenoceptors: Structure and ligand binding properties at the molecular level
(06.05.2011)
Turun yliopisto
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-4607-5
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-4607-5
Kuvaus
Siirretty Doriasta
Tiivistelmä
Alpha2-Adrenoceptors: structure and ligand binding properties at the molecular level
The mouse is the most frequently used animal model in biomedical research, but the use of zebrafish as a model organism to mimic human diseases is on the increase. Therefore it is considered important to understand their pharmacological differences from humans also at the molecular level.
The zebrafish Alpha2-adrenoceptors were expressed in mammalian cells and the binding affinities of 20 diverse ligands were determined and compared to the corresponding human receptors. The pharmacological properties of the human and zebrafish Alpha2--adrenoceptors were found to be quite well conserved.
Receptor models based on the crystal structures of bovine rhodopsin and the human Beta2-adrenoceptor revealed that most structural differences between the paralogous and orthologous Alpha2--adrenoceptors were located within the second extracellular loop (XL2). Reciprocal mutations were generated in the mouse and human Alpha2--adrenoceptors. Ligand binding experiments revealed that substitutions in XL2 reversed the binding profiles of the human and mouse Alpha2--adrenoceptors for yohimbine, rauwolscine and RS-79948-197, evidence for a role for XL2 in the determination of species-specific ligand binding.
Previous mutagenesis studies had not been able to explain the subtype preference of several large Alpha2--adrenoceptor antagonists. We prepared chimaeric Alpha2--adrenoceptors where the first transmembrane (TM1) domain was exchanged between the three human Alpha2--adrenoceptor subtypes. The binding affinities of spiperone, spiroxatrine and chlorpromazine were observed to be significantly improved by TM1 substitutions of the Alpha2a--adrenoceptor. Docking simulations indicated that indirect effects, such as allosteric modulation, are more likely to be involved in this phenomenon rather than specific side-chain interactions between ligands and receptors. Alpha2- Adrenoseptorit: rakenne ja lääkeaineiden sitoutumisominaisuudet molekyylitasolla
Biolääketieteen tutkimuksessa hiiri on yleisimmin käytetty koe-eläin, mutta seeprakalan käyttö ihmisen sairauksien mallinnuksessa on lisääntymässä. Siksi on tärkeää tutkia ja ymmärtää näiden eläinten ja ihmisten farmakologisten ominaisuuksien eroavaisuuksia myös molekyylitasolla.
Seeprakalan alpha2-adrenoseptoreja tuotettiin nisäkässoluissa ja verrattiin 20 erilaisen lääkeyhdisteen sitoutumista niihin ja ihmisen vastaaviin reseptoreihin. Ihmisen ja seeprakalan alpha2-adrenoseptorien farmakologiset ominaisuudet todettiin hyvin samanlaisiksi.
Naudan rodopsiinin ja ihmisen beta2- adrenoseptorin kiderakenteisiin perustuvat alpha2-reseptorien rakennemallit osoittivat, että suurimmat rakenne-erot sekä reseptorialatyyppien että eri eläinlajien reseptorien välillä löytyvät reseptorien toisesta solunulkoisesta silmukkarakenteesta (XL2). Erilaiset aminohapot vaihdettiin hiiren ja ihmisen alpha2-adrenoseptorien välillä toistensa kaltaisiksi. Näillä muokatuilla reseptoreilla tehdyt sitoutumiskokeet osoittivat kolmen testatun lääkeaineen, johimbiinin, rauwolskiinin ja RS-79948-197:n, sitoutumishanakkuuden muuttuvan vastaavasti. Tulos osoitti, että XL2:n rakenne osaltaan määrittää eläinlajille tyypillisen lääkeaineiden sitoutumisprofiilin sen alpha2-reseptoreihin.
Aiemmat reseptorien muokkaamiseen perustuvat tutkimukset eivät olleet kyenneet selittämään isokokoisten alpha2-reseptoreja salpaavien lääkeainemolekyylien valikoivaa sitoutumista alpha2-reseptorialatyyppeihin. Sen vuoksi valmistettiin ns. kimeerisiä alpha2-reseptoreja, joissa ensimmäistä solukalvon läpäisevää rakennejaksoa (TM1) vaihdeltiin systemaattisesti ihmisen kolmen alpha2-reseptorialatyypin välillä. TM1-jakson vaihdon seurauksena kolmen reseptorinsalpaajan, spiperonin, spiroksatriinin ja klooripromatsiinin havaittiin sitoutuvan aiempaa selvästi hanakammin alpha2-reseptoreihin. Reseptorien tietokonemalleilla suoritetut lääkeaineiden sovittamissimulaatiot viittasivat siihen, että lisääntynyt sitoutumishanakkuus ei johdu spesifisistä vuorovaikutusten muutoksista reseptorien sitomiskohtien ja lääkeaineiden välillä vaan epäsuorista vaikutuksista reseptorien kolmiulotteiseen muotoon.
The mouse is the most frequently used animal model in biomedical research, but the use of zebrafish as a model organism to mimic human diseases is on the increase. Therefore it is considered important to understand their pharmacological differences from humans also at the molecular level.
The zebrafish Alpha2-adrenoceptors were expressed in mammalian cells and the binding affinities of 20 diverse ligands were determined and compared to the corresponding human receptors. The pharmacological properties of the human and zebrafish Alpha2--adrenoceptors were found to be quite well conserved.
Receptor models based on the crystal structures of bovine rhodopsin and the human Beta2-adrenoceptor revealed that most structural differences between the paralogous and orthologous Alpha2--adrenoceptors were located within the second extracellular loop (XL2). Reciprocal mutations were generated in the mouse and human Alpha2--adrenoceptors. Ligand binding experiments revealed that substitutions in XL2 reversed the binding profiles of the human and mouse Alpha2--adrenoceptors for yohimbine, rauwolscine and RS-79948-197, evidence for a role for XL2 in the determination of species-specific ligand binding.
Previous mutagenesis studies had not been able to explain the subtype preference of several large Alpha2--adrenoceptor antagonists. We prepared chimaeric Alpha2--adrenoceptors where the first transmembrane (TM1) domain was exchanged between the three human Alpha2--adrenoceptor subtypes. The binding affinities of spiperone, spiroxatrine and chlorpromazine were observed to be significantly improved by TM1 substitutions of the Alpha2a--adrenoceptor. Docking simulations indicated that indirect effects, such as allosteric modulation, are more likely to be involved in this phenomenon rather than specific side-chain interactions between ligands and receptors.
Biolääketieteen tutkimuksessa hiiri on yleisimmin käytetty koe-eläin, mutta seeprakalan käyttö ihmisen sairauksien mallinnuksessa on lisääntymässä. Siksi on tärkeää tutkia ja ymmärtää näiden eläinten ja ihmisten farmakologisten ominaisuuksien eroavaisuuksia myös molekyylitasolla.
Seeprakalan alpha2-adrenoseptoreja tuotettiin nisäkässoluissa ja verrattiin 20 erilaisen lääkeyhdisteen sitoutumista niihin ja ihmisen vastaaviin reseptoreihin. Ihmisen ja seeprakalan alpha2-adrenoseptorien farmakologiset ominaisuudet todettiin hyvin samanlaisiksi.
Naudan rodopsiinin ja ihmisen beta2- adrenoseptorin kiderakenteisiin perustuvat alpha2-reseptorien rakennemallit osoittivat, että suurimmat rakenne-erot sekä reseptorialatyyppien että eri eläinlajien reseptorien välillä löytyvät reseptorien toisesta solunulkoisesta silmukkarakenteesta (XL2). Erilaiset aminohapot vaihdettiin hiiren ja ihmisen alpha2-adrenoseptorien välillä toistensa kaltaisiksi. Näillä muokatuilla reseptoreilla tehdyt sitoutumiskokeet osoittivat kolmen testatun lääkeaineen, johimbiinin, rauwolskiinin ja RS-79948-197:n, sitoutumishanakkuuden muuttuvan vastaavasti. Tulos osoitti, että XL2:n rakenne osaltaan määrittää eläinlajille tyypillisen lääkeaineiden sitoutumisprofiilin sen alpha2-reseptoreihin.
Aiemmat reseptorien muokkaamiseen perustuvat tutkimukset eivät olleet kyenneet selittämään isokokoisten alpha2-reseptoreja salpaavien lääkeainemolekyylien valikoivaa sitoutumista alpha2-reseptorialatyyppeihin. Sen vuoksi valmistettiin ns. kimeerisiä alpha2-reseptoreja, joissa ensimmäistä solukalvon läpäisevää rakennejaksoa (TM1) vaihdeltiin systemaattisesti ihmisen kolmen alpha2-reseptorialatyypin välillä. TM1-jakson vaihdon seurauksena kolmen reseptorinsalpaajan, spiperonin, spiroksatriinin ja klooripromatsiinin havaittiin sitoutuvan aiempaa selvästi hanakammin alpha2-reseptoreihin. Reseptorien tietokonemalleilla suoritetut lääkeaineiden sovittamissimulaatiot viittasivat siihen, että lisääntynyt sitoutumishanakkuus ei johdu spesifisistä vuorovaikutusten muutoksista reseptorien sitomiskohtien ja lääkeaineiden välillä vaan epäsuorista vaikutuksista reseptorien kolmiulotteiseen muotoon.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [2869]