Homology modeling of the serotonin 5-HT1A receptor using the crystal structure of the 5-HT1B receptor as a template

W części wstępnej niniejszej pracy opisano zjawisko selektywności funkcjonalnej oraz przedstawiono liczne przykłady wybiórczych agonistów różnych receptorów GPCR. Preferencyjny agonista jest w stanie przekazywać sygnał za pośrednictwem jednego receptora, wybierając daną ścieżkę sygnałowania, podczas gdy mediacja innymi drogami zachodzi z mniejszą intensywnością lub jest całkowicie zaniechana.Przedmiotem badań własnych była konstrukcja modeli homologicznych receptora 5-HT1A na matrycy struktury krystalicznej receptora 5-HT1B, który wykazuje wysokie podobieństwo sekwencji aminokwasowej do modelowanego białka. Otrzymano wstępny model, który zoptymalizowano za pomocą ligandów posiadających udokumentowane wysokie powinowactwo do budowanego receptora. W wyniku optymalizacji miejsca wiążącego uzyskano 22 modele, które następnie zweryfikowano poprzez przeprowadzenie procedury dokowania 30 ligandów referencyjnych. Podczas oceny modeli wizualnie sprawdzono poprawność oddziaływań ligand-receptor, biorąc także pod uwagę wartość funkcji GlideScore każdego kompleksu. Wyłoniono modele, które najlepiej rozpoznają ligandy. Kolejny etap weryfikacji wybranych modeli opierał się na retrospektywnym wirtualnym skriningu baz związków chemicznych. Uzyskano informacje, które z ocenianych modeli najefektywniej różnicują ligandy aktywne od nieaktywnych. Co więcej, porównano je z uprzednio zbudowanymi modelami receptora 5-HT1A, których matrycę stanowiła struktura krystaliczna receptora β2 adrenergicznego. Uzyskane modele homologiczne mogą posłużyć do wstępnej selekcji nowych związków aktywnych w stosunku do receptora 5-HT1A na drodze prospektywnego wirtualnego skriningu oraz umożliwić projektowanie nowych leków o optymalnych właściwościach, w oparciu o analizę sposobu wiązania potencjalnego liganda w modelu receptora. Jest to niezwykle istotne ze względu na fakt, iż modelowany receptor odgrywa zasadniczą rolę w farmakoterapii wielu schorzeń, tj. depresji, lęku, schizofrenii i choroby Parkinsona.The introductory part of this study deals with a phenomenon of functional selectivity and includes multiple examples of biased ligands of various GPCRs. Biased agonism means that the ligand is selective for a certain signal transduction pathway in one and the same receptor, whereas mediation through another ones is totally omitted or has the lower intensity.The main purpose of this study was the construction of homology models of the serotonin 5-HT1A receptor. The crystal structure of the 5-HT1B receptor was chosen as a template for the modeled protein due to the high similarity of amino acid sequence between them. The basic model was obtained and then optimized using ligands, which were known for their high affinity for the receptor. As the result of binding pocket optimization the 22 models were achieved. In order to verify obtained models the 30 reference ligands were docked. Correct ligand-receptor interactions and GlideScore results were taken into consideration during the visual models’ assessment. Models which were able to recognize the ligand binding mode appropriately were selected for the final evaluation of their performance in retrospective virtual screening. The information was received which of them managed to differentiate active ligands between inactive ones. Then the models were compared with the previously acquired homology models of 5 HT1A receptor which had been modeled using the crystal structure of the β2-adrenoreceptor as a template.The obtained homology models may be used into initial selection of the 5-HT1A receptor active compounds in prospective virtual screening and may also help to design new drugs with optimal properties. It is seriously important because of the fact that modeled receptor plays a crucial role in pharmacotherapy of many disorders such as depression, anxiety, schizophrenia, and Parkinson’s disease