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Investigating the interface and stability of the human cannabinoid receptor 1 - oxytocin receptor heterodimeric complex in membrane
Michaela Eisenhuber
Art der Arbeit
Magisterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Pharmazie
Betreuer*in
Thierry Langer
Mitbetreuer*in
Marcus Wieder
DOI
10.25365/thesis.70379
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-20586.16948.574861-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Cannabinoid receptor 1 (CB1R) and oxytocin receptor (OTR) are class A G-protein coupled receptors that play an important role in a wide range of physiological and pathological pro-cesses. Since they are essential for numerous overlapping functions in the brain, they are considered attractive drug targets.
The structures of the receptors are available individually, each of the receptors is known to form both homodimers and heterodimers, however little is known about interaction, interface, and stability of the OTR-CB1 complex. Therefore, this work aims to gain knowledge about the CB1R-OTR complex by creating and examining a model of the receptor dimer using different computational tools.
First, the heterodimeric protein complex was generated by protein-protein docking. Afterwards, twelve heterobivalent ligands were created and docked to the protein complex and these protein complexes with their related heterobivalent ligands were then solvated and inserted in a membrane bilayer. Molecular dynamics simulations were performed for each complex and the results were analyzed regarding their stability and behaviour in the membrane. Analysis of key residues involved in the complex formation was performed through site-specific mutations. We were able to show high stability for nine out of the twelve receptor complexes with their related heterobivalent ligands. The core domain is located between TMH4 of the CB1R and TMH7 of the OTR and further interactions at the interfaces were shown between TMH2 and TMH1 of the CB1R and TMH1 of the OTR, TMH3 of the CB1R, and TMH7 of the OTR as well as TMH4 of the CB1R and TMH6/7 of the OTR. Outside the interface at the TMHs, interactions of residues at ECL1, ECL2, ICL1, ICL2, ICL3, and H8 of the CB1R and residues at the N-terminus, ICL3, ECL3, H8, and C-terminus of the OTR were identified. The number of involved amino acids varied among the twelve investigated interfaces. Moreover, hydrogen bonds were found to be located mainly at the extracellular and intracellular sides of the receptor complexes, and only a few hydrogen bonds are located at the transmembrane region of the receptor complexes.
Abstract
(Englisch)
Cannabinoid Rezeptor 1 (CB1R) und Oxytocin Rezeptor (OTR) sind G-Protein gekoppelte Rezeptoren der Klasse A, welche eine wichtige Rolle bei einer Vielzahl an physiologischen und pathophysiologischen Prozessen spielen. Da sie für verschiedenste Funktionen im Gehirn essenziell sind, gelten sie als wertvolle Zielstrukturen für Arzneimittel.
Die Strukturen der einzelnen Rezeptoren sind zwar vorhanden und es konnte nachgewiesen werden, dass sowohl CB1R als auch OTR hetero- und homodimere bilden können, jedoch ist nur sehr wenig über deren Interaktionen, das Interface zwischen den Rezeptoren und die Stabilität der dimeren Komplexe bekannt. Aus diesem Grund ist es das Ziel dieser Arbeit, mittels verschiedener computerbasierter Techniken, mehr Wissen über den CB1R-OTR-Komplex zu gewinnen, indem das Modell des Rezeptordimers erstellt und erforscht wird.
Zuerst wurde das Modell des heterodimeren Proteinkomplexes durch Protein-Protein-Docking erstellt. Weiters, wurden zwölf heterobivalente Liganden kreiert, durch molekulares Docking an den Proteinkomplex gebunden und danach wurden diese Proteinkomplexe mit ihren zugehörigen heterobivalenten Liganden in eine Lipidmembran integriert. Im nächsten Schritt wurde für jeden Komplex eine Moleküldynamik-Simulation durchgeführt und die Er-gebnisse wurden hinsichtlich ihrer Stabilität und des Verhaltens in der Membran untersucht und Mutationsanalysen unterzogen. Für neun der zwölf Rezeptorkomplexe mit ihren zugehörigen heterobivalenten Liganden konnte eine hohe Stabilität nachgewiesen werden und drei Rezeptorkomplexen erwiesen sich als instabil. Es konnte ein asymmetrisches Interface des Rezeptorkomplexes nachgewiesen werden, dessen Core-Domäne zwischen TMH4 des CB1R und TMH7 des OTR lokalisiert ist. Weiters wurden am Interface Interaktionen zwischen TMH2 und TMH1 des CB1R und TMH1 des OTR, TMH3 des CB1R und TMH7 des OTR sowie zwischen TMH4 des CB1R und TMH6/7 des OTR festgestellt. Außerhalb des Interfaces zwischen den TMHs wurden Interaktionen zwischen Aminosäuren an ECL1, ECL2, ICL1, ICL2, ICL3 und H8 des CB1R und Aminosäuren am N-terminus, ECL3, ICL3, H8 und C-terminus des OTR entdeckt. Die Anzahl der involvierten Aminosäuren variierte zwischen den zwölf untersuchten Interfaces. Bei der Untersuchung der Rezeptorkomplexe bezüglich Wasserstoffbrückenbindungen, wurden diese hauptsächlich am extrazellulären und intrazellulären Bereich des Rezeptorkomplexes gefunden und nur sehr wenige waren in der transmembranären Region des Rezeptorkomplexes lokalisiert.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
nicht angegeben
Autor*innen
Michaela Eisenhuber
Haupttitel (Englisch)
Investigating the interface and stability of the human cannabinoid receptor 1 - oxytocin receptor heterodimeric complex in membrane
Paralleltitel (Deutsch)
Untersuchen des Interfaces und der Stabilität des humanen Cannabinoid Rezeptor 1 - Oxytocin Rezeptor heterodimeren Komplexes in der Membran
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
IV, 130 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Thierry Langer
Klassifikationen
35 Chemie > 35.06 Computeranwendungen ,
35 Chemie > 35.79 Biochemie: Sonstiges
AC Nummer
AC16481825
Utheses ID
62286
Studienkennzahl
UA | 066 | 605 | |