Ligand-receptor Interactions by NMR Spectroscopy

Spektroskopija NMR danas je metoda odabira za izučavanje interakcija biomolekula s potencijalnim ligandima, što predstavlja jedan od glavnih preduvjeta za dizajn lijekova na racionalnim osnovama. Najvažniji doprinos spektroskopije NMR dizajnu lijekova do prije nekoliko godina bilo je rješavanje 3D strukture proteina. Uz to što nam spektroskopija NMR daje podatke o 3D strukturi slobodnih proteina kao sirove podatke za molekulsko modeliranje vezanja liganada, NMR nam izravno može dati važne eksperimentalne informacije o samim biološki važnim kompleksima. Za razliku od rendgenske strukturne analize spektroskopijom NMR može se proučavati dinamika kako samih velikih biomolekula tako i dinamika kompleksa biomolekula i potencijalnih liganda. Tako je moguće proučavanjem promjena u NMR parametrima prilikom vezanja kvalitativno (npr. "SAR by NMR") i kvantitativno (promjene kemijskih pomaka i vremena relaksacije, difuzijski NMR eksperimenti itd.) odrediti sklonosti vezanja liganada. Također je moguće i uporabom metoda kao što su npr. tr-NOESY, STD, WaterLOGSY i dr. odrediti i mjesto vezanja, odnosno dobiti informacije o konformaciji proteina, liganda ili njihovog kompleksa te epitope, tj. skupine na ligandu koje su u neposrednoj blizini mjesta vezanja. U posljednje vrijeme razvijen je velik broj tehnika NMR za izučavanje interakcija ligand-receptor, no u ovome radu opisane su samo neke od njih te su pokazane njihove prednosti i nedostaci.Today NMR spectroscopy is a method of choice for elucidation of interactions between biomolecules and the potential ligands. Knowledge on these interactions is an essential prerequisite for the rational drug design. The most important contribution of NMR to drug design a few years ago was the 3D structure determination of proteins. Besides delivering the 3D structures of the free proteins as a raw material for the modeling studies on ligand binding, NMR can directly yield valuable experimental data on the biologically important protein-ligand complexes. In addition to X-ray diffraction, NMR spectroscopy can provide information on the internal protein dynamics or dynamics of intermolecular interactions. Changes in NMR parameters allow us to detect ("SAR by NMR") and quantitatively determine binding affinities (titration, diffusion NMR experiments, etc.) of potential ligands. Also, it is possible to determine the binding site and conformations of ligands, receptors and receptor-ligand complexes with the help of NMR methods such as tr-NOESY. Epitopes or functional groups responsible for binding of ligands to the receptor can be identified by employing STD or WaterLOGSY experiments. In this review are described some of the most frequent NMR methods for the characterization of the interactions between biomolecules and ligands, together with their advantages and disadvantages