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Chemoinformatics for chemical senses
bitter taste and chemesthetic compounds
Sebastian Bayer
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Drug Discovery and Development
Betreuer*in
Veronika Somoza
DOI
10.25365/thesis.70382
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-12078.16516.882338-5
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Humans have been fascinated by how we perceive our environment for millennia. Senses have already been studied by Aristoteles who classified them into five types. But the machinations behind them stayed hidden to him. He could not know what receptors are or how they work, like we do nowadays. The response by an organism to a sensory active chemical compound (i.e., chemosensory perception), such as the sweet taste of sugar, the burning sensation of chili, or the eye watering fumes of onions is indeed mediated by chemosensory receptors. A plethora of such chemosensory receptors and thousands of molecules which can interact with them are now known. In parallel to the advancements in knowledge of the biology underlying the chemical senses, we are witnessing increased use of computational studies for research in all chemical fields.
This thesis focuses on the chemoinformatics and Computer-Aided Drug Discovery (CADD) investigations in chemical senses. Specifically, data sets of natural ligands for two chemosensory receptor classes have been collected and analysed.
The first investigated data set is made of natural, food-derived agonists for human bitter taste receptors (TAS2Rs). Bitter compounds lead to a natural aversive reaction, but many of them hold health benefits, and often also influence specific food typical taste, what would a coffee be without its bitterness? We collected TAS2R ligands and their food sources and investigated their chemical space and their relation to the 25 human TAS2R receptors.
The second analysed data set is made of natural agonists for human transient receptor potential (TRP) channels, responsible for chemesthesis perception. The discovery of TRP channels was rewarded with the Nobel Prize in Physiology or Medicine in 2021. We focused the work of this thesis on ligands of TRP channels involved in chemoreception, i.e. TRPA1, TRPV1, TRPV3 and TRPM8. We looked into molecular features important for receptor binding and we developed in-silico models for correlating the structure of these molecules with their activities, which can be used for finding future novel TRP activators.
With this work we hope to help unravel the relationship between chemoreceptors and their natural ligands, which we encounter daily in our environment. Part of the thesis (i.e., the analyses done on bitter compounds) has already been acknowledged and published earlier this year in the Journal of Agricultural and Food Chemistry.
Abstract
(Englisch)
Seit Jahrtausenden versuchen Menschen zu verstehen, wie wir unsere Umgebung wahrnehmen. Aristoteles studierte bereits unsere Sinne und teilte sie in fünf Kategorien. Wie genau diese funktionieren entzog sich ihm jedoch. Er konnte nicht wissen was Rezeptoren sind, wie sie aussehen und funktionieren, wie wir das heutzutage tun. Die Reaktion eines Organismus auf eine sensorisch aktive chemische Verbindung (chemosensorische Wahrnehmung), wie der süße Geschmack von Zucker, das Brennen von Chillies oder der tränenreizende Duft von Zwiebeln wird von chemosensorischen Rezeptoren vermittelt. Eine Vielzahl solcher Rezeptoren und tausende Moleküle, welche mit ihnen interagieren sind mittlerweile bekannt. Immer wichtiger, um die komplexen Interaktionen zu verstehen werden computergestützte Methoden und Modelle.
In dieser Arbeit wurden chemoinformatische Methoden verwendet, um chemische Sinne zu untersuchen. Zwei Datensetze an natürlichen Liganden wurden zusammengetragen und analysiert.
Das erste Set besteht aus natürlichen Agonisten für Bitterrezeptoren mit Fokus auf Lebensmittelbestandteile. Bitterstoffe führen häufig zu einer aversiven Reaktion. Trotzdem haben viele einen Nutzen für die Gesundheit und sind wichtig für das Geschmacksprofil von zum Beispiel Kaffee. Wir haben Informationen zu natürlichen Bitterstoffen gesammelt und ihre chemische Struktur im Zusammenhang mit den 25 TAS2R Rezeptoren untersucht.
Das zweite Set besteht aus natürlichen Agonisten für TRP-Kanäle, welche in Zusammenhang mit der chemischen Wahrnehmung stehen (TRPA1, TRPV1, TRPV3 und TRPM8). Die Entdeckung dieser Kanäle wurde 2021 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Wir haben die molekularen Eigenschaften, welche für die Ligand-Rezeptor Interaktionen wichtig sind, untersucht und anhand dessen in-silico Modelle generiert, welche in der Zukunft helfen können, um neue Liganden zu finden.
Teile dieser Arbeit wurden bereits im Journal of Agricultural and Food Chemistry veröffentlicht
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Chemoinformatics Bitter Taste TRP channel
Schlagwörter
(Englisch)
Chemoinformatik Bittergeschmacksstoffe TRP Kanäle
Autor*innen
Sebastian Bayer
Haupttitel (Englisch)
Chemoinformatics for chemical senses
Hauptuntertitel (Englisch)
bitter taste and chemesthetic compounds
Paralleltitel (Deutsch)
Chemoinformatik für chemische Sinne
Paralleluntertitel (Deutsch)
Bittergeschmack und andere chemisch aktive Geschmacksstoffe
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
73 ungezählte Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Veronika Somoza
Klassifikationen
35 Chemie > 35.06 Computeranwendungen ,
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Nummer
AC16481883
Utheses ID
62144
Studienkennzahl
UA | 066 | 606 | |