dc.contributor.author
Bermudez Sasso, Marcel
dc.date.accessioned
2018-06-07T19:12:56Z
dc.date.available
2015-08-26T13:50:49.212Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/5859
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-10058
dc.description.abstract
GPCRs represent one of the most important drug target families. They enable
the transmission of signals into cells, which is crucial for the regulation of
biological systems. GPCRs can recognize extracellular stimuli, adapt their
conformation and hence allow for an intracellular response. This study shed
light on the first two steps of GPCR function: ligand binding and the
resulting conformational changes. Taking MAChR as representative example we
clarified the specific receptor modulation by dualsteric ligands. In this
study, we successfully combined state-of-the-art modeling techniques to obtain
structural and functional models with high explanatory power. These models
comprise both inactive and active-like receptor states. After a
characterization of the orthosteric binding side, we focused on dualsteric
ligand binding. These kind of ligands bind simultaneously to the orthosteric
and the allosteric binding site. This approach combines the high affinity of
orthosteric ligands with the high specificity of the allosteric binding site.
Here we report the structural basis for a specific modulation of MAChRs by
dualsteric ligand binding. This includes subtype selectivity, partial agonism
and biased signaling. Our dynamic models illustrate how conformational changes
can be triggered in a ligand-dependent manner. This offers the possibility to
rationally design specific modulators for MAChRs but also for other GPCRs.
de
dc.description.abstract
G-Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) repräsentieren eine der wichtigsten
Targetklassen für Arzneistoffe – mehr als 30% aller Medikamente addressieren
GPCR-vermittelte Mechanismen. Als Transmembranproteine stellen diese
Rezeptoren eine Verbindung des Zellinneren mit der Umgebung her und sind so an
zahlreichen essentiellen Regulationsmechanismen beteiligt. Auf mechanistischer
Ebene führen extrazelluläre Ereignisse zu spezifischen Konformationsänderungen
des Rezeptors und erzeugen so eine intrazelluläre Antwort. Die erst kürzlich
verfügbaren Kristallstrukturen vieler GPCRs geben zwar einen Einblick in
bestimmte Konformationen dieser Rezeptorfamilie, das dynamische Verständnis
der Signalübertragung durch Konformationsänderungen des Rezeptors bleibt aber
eine Herausforderung. In dieser Arbeit wurden extrazelluläre Ligandenbindungs-
mechanismen und die daraus resultierenden Konformationsänderungen des
Rezeptors mechanistisch untersucht und dynamisch modelliert. Besonderes
Augenmerk lag dabei auf der spezifischen Rezeptormodulation durch
dualsterische Liganden, einem neuen Konzept zur spezifischen und gleichzeitig
effektiven Modulation von GPCRs. Muskarinische Acetylcholinrezeptoren wurden
als Modell-system verwendet. Durch die Kombination verschiedener
computergestützter Methoden, wie Docking, 3D Pharmakophormodellierung,
Homologiemodellierung und umfangreichen Molekulardynamiksimulationen konnten
strukturell-mechanistische Rezeptormodelle erstellt werden. Diese Modelle
bilden sowohl aktive als auch inaktive Rezeptorkonformationen ab und
ermöglichen so eine differenzierte Beschreibung von Ligandeneffekten.
Insbesondere die Rezeptormodulation durch dualsterische Liganden, die
gleichzeitig an der orthosterischen und an allosterischen Region des Rezeptors
binden, konnte erkärt werden. Die grundsätzliche Idee, dass die hohe Affinität
orthosterischer Liganden mit spezifischen Effekten allostericher Liganden
durch einfache Kombination mit einem Linker kombiniert werden kann, führt
meist, aber nicht immer zum gewünschten Effekt. Unerwartetes Signalverhalten
dualsterischer Liganden konnte durch unseren dynamischen Modellierungsansatz
differenziert und mechanistisch erklärt werden. Die hier vorgestellten
Modelling-Untersuchungen an muskarinischen Acetylcholin-rezeptoren bilden die
Vorraussetzungen für das Design spezifischer Rezeptor-modulation auf
molekularer Ebene. Spezielle, sonst schwer erklärbare Effekte wie Subtyp-
Selektivität, Partialagonismus und funktionelle Selektivität ('biased
signalling') konnten mechanistisch abgebildet werden. Unsere dynamischen
Rezeptormodelle erklären spezifische ligandeninduzierte
Konformationsänderungen und die dadurch ausgelöste Signaltransduktion auf
rationaler Ebene. Diese Erkenntnisse können direkt für das zielgerichtete
Design von Wirkstoffen verwendet werden und potenziell auch auf andere G
-Protein-gekoppelte Rezeptoren übertragen werden.
de
dc.format.extent
VII, 81 S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
molecular modeling
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie::572 Biochemie
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit::615 Pharmakologie, Therapeutik
dc.title
Structural Basis for Tailor-Made Modulation of G Protein Coupled Receptor
Functionality
dc.contributor.contact
m.bermudez@fu-berlin.de
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Gerhard Wolber
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Ingo Ott
dc.date.accepted
2015-06-16
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000100002-1
dc.title.translated
Strukturelle Basis für die spezifische Modulation von G Protein gekoppelten
Rezeptoren
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000100002
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000017618
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access