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Comparison of human, mouse and rat ABC transporters on basis of their substrate and inhibitor profile
Victoria Slubowski
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Gerhard Ecker
DOI
10.25365/thesis.21269
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30211.60452.890763-9
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Während des Drug Development Prozesses sind ADME und Toxizität eines Wirkstoff Kandidaten ausschlaggebend für seinen Erfolg. Hier spielt die ATP-abhängige Efflux Pumpe P-Glykoprotein (P-gp), die im Darmepithel, in der Blut-Hirn-Schranke, in proximalen Tubuluszellen der Niere und in Hepatozyten exprimiert wird, eine entscheidende Rolle. Das Protein transportiert xenobiotische Substanzen mit einem breiten Substrat und Inhibitor Profil aus der Zelle. Folglich sind vorhersagende in silico Modelle für das humane P-gp ein wertvolles Instrument im Drug Development. Allerdings werden in einem frühen Stadium des Drug Developments essentielle Daten in Tierstudien gewonnen, deswegen ist es besonders wichtig, dass ein Wirkstoffkandidat ein günstiges pharmakokinetisches Profil im Tiermodell zeigt. Daher könnten, abgesehen von den bestehenden in silico Vorhersagemodellen für das menschliche P-gp, in silico Vorhersagemodelle für das Ratten und Maus P-gp die Abbruchrate in den in vivo Tierstudien während der nächsten präklinischen Phase senken.
Kürzlich wurde die Kristallstruktur des Maus P-gp aufgeklärt und schafft somit neue Möglichkeiten für strukturbasiertes Wirkstoffdesign. Die hohe Sequenzidentität zwischen Ratte und Maus (92%) und die Bedeutung von Ratten in ADME Tiermodellen motivierte uns ein Homologie Modell der Ratte zu entwickeln, als dessen Vorlage die Kristallstruktur des Maus P-gp herangezogen wurde. Ein multiples Sequenzalignment wurde mit ClustalW2 durchgeführt und das resultierende Alignement wurde für die Modellberechnung mit MODELLER eingesetzt.
Anschließend wurden 6 P-gp Inhibitoren der Ratte mit bekannten IC50 Werten mit Hilfe der Docking Software GOLD in das Ratten Homologie Modell gedockt. Die Analyse der Docking Posen zeigte häufige Interaktionen zwischen den Aminosäuren F70 (TM Helix 1) und F335 (TM Helix 6). Auch Aminosäure T306 war an Interaktionen beteiligt, dessen humanes Analogon T307 (experimentell) nachweislich bei Ligandeninteraktionen von Bedeutung ist. Die Vorhersagekraft des Modells konnte durch Vergleich der Ranking Ergebnisse, die mit Hilfe von GOLDScore berechnet wurden, mit den experimentell getesteten Aktivitäten validiert werden: das Docken war in der Lage alle außer einer experimentell getesteten Verbindungen richtig zuzuordnen (nur Nummer 3 und 4 waren vertauscht).
Abstract
(Englisch)
In the drug development process the ADME profile and the toxicity of a drug candidate are of major importance for its success. Here the ATP-dependant efflux pump P-glycoprotein (P-gp) plays a key role as it is expressed in biological barriers, like intestinal epithelium, blood brain barrier, proximal renal tubular cells and hepatocytes. The protein transports xenobiotic compounds with a broad substrate and inhibitor specificity out of the cell. Consequently, predictive in silico models for human P-gp activity are valuable tools in drug development.
However, at an early stage of drug development essential data is acquired in animal studies and consequently it is of utmost importance that drug candidates show a preferable pharmacokinetic and toxicity profile in animals. Thus next to existing predictive in silico models against human P-gp activity, predictive in silico models against rat and mouse would enable the avoidance of an early attrition in the following preclinical phase of animal in vivo studies. .
Recently a crystal structure of mouse P-gp was established and provides new possibilities for structure-based drug design approaches. The high sequence identity between rat and mouse P-gp (92%) and the importance of rats in animal ADME models motivated us to create a homology model of rat P-gp taking the crystallized mouse P-gp as a template. A multiple sequence alignment was performed using ClustalW2 and the resulting alignment was then used within MODELLER for model generation.
Subsequently the docking software GOLD was used to dock 6 rat P-gp inhibitors with known IC50 values into the rat homology model. Docking poses were analyzed and showed frequent interactions between the ligand poses and F70 (TM helix 1) and F335 (TM helix 6). Also residue T306 (TM helix 5) was involved, whose human analogue T307 was (experimentally) shown to be important in ligand interactions. The predictive power of the model could be validated by comparing the rankings resulting from the scoring function GOLDScore and the experimentally determined activity: the docking was able to correctly assign the ranking for all but one of the experimentally tested compounds (only ranks 3 and 4 were switched).
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
p-glycoprotein drug development toxicity ADME
Schlagwörter
(Deutsch)
p-Glykoprotein Wirkstoffentwicklung Toxizität ADME
Autor*innen
Victoria Slubowski
Haupttitel (Englisch)
Comparison of human, mouse and rat ABC transporters on basis of their substrate and inhibitor profile
Publikationsjahr
2012
Umfangsangabe
68 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Gerhard Ecker
Klassifikation
44 Medizin > 44.42 Pharmazeutische Chemie
AC Nummer
AC09587773
Utheses ID
19029
Studienkennzahl
UA | 449 | | |