Computergestütztes Maßschneidern von intrinsischen Aktivitätsprofilen der Liganden G-Protein-gekoppelter Rezeptoren

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Kolb
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie ; Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319841145

• Erstellungsjahr: 2020

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Dieses Projekt beschäftigt sich mit der Analyse und Vorhersage von ligand bias, der unterschiedlichen Rekrutierung von Effektorproteinen von GPCRs, ausgelöst von unterschiedlichen Liganden. Wir haben dieses Phänomen an zwei GPCRs untersucht, und zwar dem β2AR und dem M3R. In beiden Projektteilen haben wir zuerst nach Liganden mit bekanntem bias in der Literatur gesucht und diese Daten näher untersucht. Dazu charakterisieren wir beim β2AR Carvedilol besser und haben des Weiteren die Wichtigkeit der Interaktionen mit dem ECL2 betrachtet. Für den M3 R haben wir bei mehreren bekannten Liganden den bias experimentell gemessen und parallel dazu in MD-Simulationen beschrieben. Um Liganden und deren intrinsische Aktivität vorherzusagen, haben wir differenzielles Docking an aktive und inaktive Konformationen bei beiden Rezeptoren durchgeführt. Dies hat beim β2AR zu einer Trefferquote von 100 % Agonisten geführt, beim M3R waren jedoch weitere Einschränkungen in Bezug auf die chemischen Gruppen der Moleküle notwendig. Aus MD-Simulationen der Rezeptoren im Komplex mit verschiedenen Effektorproteinen haben wir in weiterer Folge Rezeptorkonformationen isoliert, mit denen wir auf die Suche nach Liganden mit bias gegangen sind. Beim β2 AR liessen sich so zwar Agonisten finden, aber nur solche mit einem bias für die Aktivierung von Gs . Die experimentelle Überprüfung der vorhergesagten Liganden für die Balance zwischen Gi und Gs am β2AR stehen noch aus. Gleiches gilt für die Vorhersagen von biased ligands für den M3R, da hier die schlechte Datenlage in Bezug auf bekannte Liganden mit bias zu einem Umweg und damit einer Verzögerung geführt hat.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Binding-site compatible fragment growing applied to the design of β2 -adrenergic receptor ligands. J. Med. Chem. 61(3), 1118–1129 (2018)
  Chevillard, F., Rimmer, H., Betti, C., Pardon, E., Ballet, S., van Hilten, N., Steyaert, J., Diederich, W. E., and Kolb, P.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.7b01558)
• Nanobody-enabled reverse pharmacology on GPCRs. Angew. Chem. Int. Ed. 57, 5292–5295 (2018)
  Pardon, E., Betti, C., Laeremans, T., Chevillard, F., Guillemyn, K., Kolb, P., Ballet, S., and Steyaert, J.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1002/anie.201712581)
• Comparative Docking to Distinct G Protein-Coupled Receptor Conformations Exclusively Yields Ligands with Agonist Efficacy. Mol. Pharmacol. 96(6), 851–861 (2019)
  Scharf, M. M., Bünemann, M., Baker, J. G., and Kolb, P.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1124/mol.119.117515)
• A focus on unusual ECL2 interactions yields β2 -adrenergic receptor antagonists with unprecedented scaffolds. ChemMedChem 15(10), 882–890 (2020)
  Scharf, M. M., Zimmermann, M., Wilhelm, F., Stroe, R., Waldhoer, M., and Kolb, P.
  (Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1002%2Fcmdc.201900715)