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Substrate selectivity profiling of the human monoamine transporters
Amir Seddik
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus d. Bereich Lebenswissenschaften (Dissertationsgebiet: Pharmazie, DK: Molecular Drug Targets)
Betreuer*in
Gerhard F. Ecker
DOI
10.25365/thesis.37793
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29670.64329.834754-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Serotonin, Dopamin und Noradrenalin Transporter (bzw. SERT, DAT, NET) werden zusammen als die Monoamin Transporter (MAT) bezeichnet und sind an einer Vielzahl von psychiatrischen Störungen wie Depression, Sucht und Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS)
beteiligt. Daher haben sie sich zu einem zentralen Thema in der Forschung der Lebenswissenschaften der letzten Jahrzehnte gemacht. Die Selektivität der MAT Substrate wurde im Rahmen dieser Arbeit mittels Computer-Kalkulationen und biochemischen Methoden gründlich studiert.
Die Bindungsmodi und Selektivität von exogenen Verbindungen wurden vor dieser Arbeit noch nicht extensiv erklärt. Kathinone sind Verbindungen mit steigender Popularität in der Party-Szene, die auch durch MAT transportiert werden. Ihre aufnahmehemmende Aktivität auf die MAT wurde genutzt, um das Selektivitätsphänomen genauer zu erklären. Das molekulare Docken von einem Set dieser Kathinone in einem Homologie-Model des SERTs, hat ihren Bindungsmodus in der Substrat Bindungstasche bestätigt und lässt darauf schließen, dass ihre chemischen Gerüste überlappen. Zusätzlich wurde die Bindungsaktivität mit Hilfe der Interaktionen zwischen den chemischen Substituenten und den Aminosäuren im Protein, die sie umgeben, erläutert. Eine weitere Validierung wurde durch Hansch-Analyse erhalten. Dieser Ansatz deutet darauf hin, dass ein polarisierbarer oder lipophiler para-Substituent für SERT Affinität wichtig ist.
Datensätze zeigten, dass das Fehlen von Substituenten am aromatischen Ring die Selektivität der Verbindungen zugunsten von DAT im Vergleich zu SERT
erhöht. Daher wurden Moleküldynamik (MD) Simulationen und Studien zur Thermodynamischen Integration (TI) durchgeführt, die darauf hindeuteten, dass die Substrat-Bindungstasche der für die Affinität meist bestimmende Bindungsplatz dieser Verbindungen ist. Die höhere Selektivität von DAT verglichen mit SERT wurden durch die folgenden Punkte erklärt:
1. eine günstigere aromatische Stapelung, vermutlich aufgrund eines weniger sperrigen Val152, im Vergleich zu Ile172 in SERT, das eine solche Interaktion verhindern würde.
2. attraktivere elektrostatische Interaktionen wegen einer leicht strafferen Bindungstasche mit einer im Durchschnitt geringeren Anzahl an Wassermolekülen, im Vergleich zu SERT.
Die Hypothesen wurden mittels Aufnahmehemmungsassays an Mutanten der Transporterproteinen validiert.
Abstract
(Englisch)
The serotonin, dopamine and norepinephrine transporter proteins (SERT, DAT, NET, respectively) are collectively named as the monoamine transporters (MATs) and are involved in a variety of psychiatric disorders such as depression, addiction and attention-deficit hyperactivity disorder (ADHD). This has made them a central topic in life sciences research during the last decades. The selectivity of MAT substrates has been thoroughly studied during this thesis, using computational and biochemical methods.
The binding modes and selectivity of exogenous compounds have not been studied extensively before this study. Cathinones are compounds gaining increased popularity in the party scene and are also transported by the MATs. Their uptake inhibitory activity on the MATs was exploited in order to better understand the selectivity phenomenon.
Molecular docking of a set of these cathinones into a homology model of SERT validated their binding mode in the substrate binding site and indicated that their chemical scaffold
overlap. Additionally, their binding activity was rationalized based on the interaction between the chemical substituents and protein residues that surround them. Further validation was obtained by Hansch analysis. This approach indicated that a polarizable or lipophilic para-substituent increases SERT affinity, whereas a bulky nitrogen substituent would be unfavorable.
Different datasets indicated that a lack of substituents on the aromatic ring rendered the
compounds DAT-over-SERT selective. Therefore, a molecular dynamics (MD) and thermodynamic integration (TI) study was conducted, which indicated the substrate binding site to be the major recognition site for these compounds. The DAT-over-SERT selectivity was ascribed to:
1. more favorable aromatic stacking interactions which were more favorable in DAT presumably, due to a less bulky Val152 compared to Ile172 in SERT that would disrupt such an interaction.
2. More attractive electrostatic interactions caused by a slightly tighter DAT binding pocket with a smaller number of waters on average entering the binding site, as compared to SERT.
The hypotheses were validated by uptake inhibitory assays on mutants of the transporters.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
serotonin dopamine monoamine transporters simulation molecular dynamics Hansch docking depressio
Schlagwörter
(Deutsch)
Serotonin Dopamin Monoamin Transporter Molelükdynamik Simulation Docking Hansch Depression
Autor*innen
Amir Seddik
Haupttitel (Englisch)
Substrate selectivity profiling of the human monoamine transporters
Paralleltitel (Deutsch)
Substrat Selektivitäts-Profilierung der Monoamin Transporter
Paralleltitel (Englisch)
Substrate Selectivity Profiling of the Human Monoamine Transporters
Publikationsjahr
2015
Umfangsangabe
118 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Antonio Macchiarulo ,
Wolfgang Jippl
Klassifikationen
31 Mathematik > 31.45 Partielle Differentialgleichungen ,
33 Physik > 33.25 Thermodynamik, statistische Physik ,
35 Chemie > 35.71 Biochemische Methoden ,
42 Biologie > 42.12 Biophysik ,
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,
44 Medizin > 44.38 Pharmakologie ,
44 Medizin > 44.42 Pharmazeutische Chemie
AC Nummer
AC12317682
Utheses ID
33508
Studienkennzahl
UA | 796 | 610 | 449 |