Моделиране на токсичния мускаринов рецепторен комплекс MT7 от термодинамични данни -
Моделиране на мускариновия/токсичен рецепторен комплекс MT7 от термодинамични данни Гийом Летелие За цитиране на тази версия: Гийом Летелие. Моделиране на мускариновия/токсичен рецепторен комплекс MT7 от термодинамични данни. Науки за живота [q-bio]. Университет Париж-Дидро - Париж VII, 2008. Френски. tel-00447060 HAL Id: tel-00447060 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00447060 Изпратено на 14 януари 2010 г. HAL е мултидисциплинарен архив с отворен достъп за депозиране и разпространение на научноизследователски документи, независимо дали те са публикувани или не. Документите могат да идват от учебни и изследователски институции във Франция или в чужбина или от публични или частни изследователски центрове. Мултидисциплинарният отворен архив HAL е предназначен за депозиране и разпространение на научни документи на научно ниво, публикувани или не, от френски или чуждестранни образователни и изследователски институции, публични или частни лаборатории.
Междудокторантско училище /// Биомоделиране на мускариновия рецепторен комплекс/MT7 токсин от термодинамични данни Представено и публично подкрепено на 8 октомври 2008 г. За получаване на степен доктор от Университета Денис Дидро Специалност по анализ на генома и молекулярно моделиране От GUILLAUME LETELLIER Състав на журито: Директор на дипломната работа: д-р Бернард ГИЛКИН Докладчици: проверяващи: д-р Майкъл НИЛГЕС д-р Серж КРУЗИ проф. Катрин ЕТЧЕБЕСТ, президент проф. Марк ЛЕ МАЙР д-р Денис СЕРВЕНТ CEA/iBiTec-S/SB2SM/LBSR CEA Saclay, 91191 Gif sur Yvette
Глава 1: Съкращения AR адренергичен рецептор Ach ацетилхолин ДНК Дезоксирибонуклеинова киселина AFM Атомна силова микроскопия AMPc Цикличен аденозин монофосфат TCM Третичен комплексен модел CHO яйчник на китайски хамстер DAG Диацилглицерол egfp Подобрен зелен флуоресцентен енергиен трансфер FT Флуоресценция Guatt-Fluorescent Guertier-Fluorescent Guertium -фосфат HADDOCK Биомолекулно докинг с висока двусмисленост hm1 Човешки мускаринов рецептор подтип 1 hm3 Човешки мускаринов рецептор подтип 3 IP3 Инозитол три-трифосфат М моларен (mol.l -1) махр Мускаринов рецептор на ацетилхолин MT Мускаринов токсин nm наномола n-nmi nmo-nmi nmi-nmi наносекунда PDB Протеин банка данни PKA Протеин киназа A PKC Протеин киназа C PLC Фосфолипаза тип C pm пикомоларен RCPG Протеин свързан рецептор G RMN Ядрено-магнитен резонанс RMSD Средна квадратична област на интерес SDS-Страница S одиев додецил сулфат полиакриламиден гел електрофореза TCM Модел на тройния комплекс TM Трансмембранен домейн 4
Глава 1: Въведение 5.1.2. Данни не са взети предвид 147 5.1.2.1. W91 M1/Y30 токсичен 147 R52 токсичен/W400 M1 149 5.2. Димеризация на мускариновите рецептори 150 5.2.1. Характер на повърхността на взаимодействие 150 5.2.2. Начин на сглобяване на рецепторния димер 151 5.2.3. Олигомери от по-висок ред 154 5.3. Молекулярна основа на фармакологичните свойства на токсина 156 5.3.1. Сайт с връзки 156 5.3.2. Стехиометрия NMS/MT7/hm1 156 5.3.2.1. Хипотеза 1: 1 димер на M1, 1 токсин, 1 NMS 156 5.3.2.2. Хипотеза 2: 1 димер на M1, 2 токсина, 2 NMS 157 5.3.3. Високо свързващ афинитет 158 5.3.4. Селективност за M1 мускаринов рецептор подтип 161 Глава 6: Заключение и перспективи 164 6.1. Перспективи: молекулярните основи на алостерията 166 Глава 7: Индекс на фигури 171 Глава 8: Библиография 175 Глава 9: Приложения 190 9.1.1. Ортостерични лиганди на RCPG 191 9.1.2. Подравняване на последователностите hm1 и родопсин 192 9.1.3. Симулация на складиране 193 9.1.4. Симулация на активирана молекулярна динамика 196 9.1.5. Симулации на молекулярна динамика в мембраната 198 9.1.6. Бенчмарк на кодовете за молекулярна динамика на машината TERA10 200 8
Глава 1 Въведение
Глава 1: Въведение Фигура 4: Структура на говежди родопсин Извънклетъчният домен е показан в лилаво, а контурът Е2 в червено. Въз основа на PDB координати 1U19 (Okada, Sugihara et al. 2004). 17
Глава 1: Въведение 1.4.1. Подтипове мускаринови рецептори След секвениране на човешкия геном, се оказа, че има няколко подтипа мускаринови рецептори при хората, с много високи прилики в последователността (Фигура 11). Понастоящем при човека са известни 5 подвида мускаринови рецептори. Докато тези, носещи четни числа (1, 3, 5), се свързват за предпочитане с пътя на инозитол-трифосфата, но тези, които носят нечетни числа, са свързани с пътя на цикличния усилвател. Локализацията на мускариновите рецептори е широко проучена (Abrams, Andersson et al. 2006). Те се разпределят в много органи като пикочния мехур, червата, слюнчените жлези, сърцето, окото и т.н. Особено внимание е обърнато на тяхното разпределение в мозъка (Volpicelli and Levey 2004), където те играят, наред с други неща, роли в невроналната възбудимост, синаптична пластичност, както и механизми за обратна връзка за ацетилхолин. 5-те рецептора се експресират в различни области на мозъка. Подтиповете M1, M4 и M5 са например локализирани на нивото на централната нервна система, докато h2, 3 подтипа присъстват на нивото на периферната нервна система. 30
Глава 1: Въведение Фигура 11: Подравняване на последователността на 5-те подтипа мускаринови рецептори Трансмембранните спирали са обозначени със зелените ленти 31
Глава 1: Въведение родопсин: кухина за свързване на ретината, като тази кухина е разположена дълбоко в сърцето на снопа на спиралата. (А) Фигура 13: Модел на ортостеричното свързващо място на hm1 рецептора А) ендогенният лиганд, ацетилхолин (магента). Б) ортостеричен антагонист, N-метилкополамин (пурпурен) Според Goodwin (Goodwin, Hulme et al. 2007) (B) 34
Глава 1: Въведение Фигура 14: Свързване на орто и алостерични лиганди към мускариновия М2 рецептор Двете лиганди са в жълто, остатъци Y177 и W422 на мускариновия М2 рецептор в червено. Според Jager (Jager, Schmalenbach et al. 2007) 36
Глава 1: Въведение 1.5.2. Структура Мускариновите токсини са семейство пептиди с 65-66 остатъка (Фигура 16) с 4 дисулфидни връзки. Понастоящем са известни общо дузина, но не всички от тях са секвенирани. Структурата на мускариновия токсин МТ2 (Фигура 31) беше разрешена чрез NMR (Segalas, Roumestand et al. 1995), след това чрез кристализация и рентгенова дифракция с разделителна способност 1.50 Å (PDB код 1FF4). Тази структура представлява трипръстна гънка, организирана в пет антипаралелни β нишки, свързани помежду си с три бримки (I, II и III). Сърцевината на протеина се стабилизира от четири дисулфидни моста. Този структурен мотив е често срещан в много семейства змийски токсини (Galat, Gross et al. 2008), като α-невротоксини (Popot и Changeux 1984), фасцикулини (Du, Marchot et al. 1992) или кардиотоксини. Фигура 16: Подравняване на мускариновите токсинни последователности 4-те дисулфидни моста са представени под последователностите Фигура 17: Кристалографска структура на MT2 токсина (PDB код 1FF4) 38
Глава 1: Въведение Фигура 19: Подравняване на последователността на токсинен цикъл II и рецепторен Е2 контур Можем да видим обезпокоително сходство на последователността между токсинен цикъл II и рецепторен Е2 контур (Фигура 19), което може да предположи, че токсинът може да измести рецепторната верига и да вземе своята място. 40
Глава 1: Трудно въведение, но по-реалистично по отношение на проблемите на биологията, отколкото проблемите, свързани/свързани в началото. Критериите за оценка на модела са: F nat: съотношение на прогнозираните естествени контакти/брой контакти на естествения L_rms: RMSD комплекс върху атомите на лигандния скелет чрез наслагване на предсказаните и естествени I_rms: RMSD рецептори върху атомите на гръбначния стълб на остатъци на границата между модела и естествения комплекс. За да има справка по отношение на RMSD, Chotia et al (C. Chothia 1986) установява, че средно две независими определяния на кристалографската структура на един и същ протеин водят до средни отклонения от 0,5 AT. Що се отнася до структурите, определени от ЯМР, стойностите на разликите между моделите могат да достигнат повече от 1,5 Å. 46