Computergestütztes Maßschneidern von intrinsischen Aktivitätsprofilen der Liganden G-Protein-gekoppelter Rezeptoren

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Kolb
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie ; Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319841145

Modulation von Proteinfunktion durch Kleinmoleküle stellt einen wesentlichen Ansatz in der pharmakologischen Therapie von Krankheiten dar. Wirkstoffe sollen dabei mit möglichst genau bekannter Spezifität mit einem oder mehreren Zielproteinen interagieren. Die größte Zielproteinklasse überhaupt sind die G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs), bei denen es sich um membranständige Signalweiterleitungsproteine handelt. Neben der Frage an welche Rezeptoren ein Molekül bindet, ist bei dieser Familie auch die Frage nach der intrinsischen Aktivität des Modulators (agonistisch, antagonistisch oder invers agonistisch) zu beantworten.Im Rahmen dieses Projekts soll mittels strukturbasierter computergestützter Ansätze die stetig zunehmende Zahl an Kristallstrukturen verschiedener GPCRs ausgenutzt werden, um eine Vorhersage der molekularen Eigenschaften der Interaktion und intrinsischen Aktivität zu erreichen. Dazu werden zwei Rezeptoren vertieft untersucht: der beta2-adrenerge Rezeptor und der muskarinische Acetylcholinrezeptor M3. Zwei Aspekte werden dabei im Vordergrund stehen: einerseits die korrekte Vorhersage der intrinsischen Aktivität durch Docking an Kristallstrukturen des jeweiligen Rezeptors in aktiver bzw. inaktiver Konformation. Andererseits die Analyse und Vorhersage des Verhältnis (bias) der intrinsischen Aktivitäten für den G-Protein- und den beta-Arrestin-vermittelten Signalpfad. Im letzteren Fall werden auch Molekulardynamiksimulationen zum Einsatz kommen, da der zeitliche Verlauf der Wechselwirkung zwischen Modulator und Protein eine Rolle spielt.Zur experimentellen Überprüfung der Vorhersagen soll ein zellbasierter Assay etabliert werden, mit dem die Stimulation verschiedener Signalpfade vermessen werden kann. Dieser Assay soll auch im mittleren Durchsatz verwendet werden können. Für die exakte Quantifizierung des bias werden wir in Kooperation mit der AG Bünemann FRET-markierte Rezeptoren und Effektorproteine verwenden, um so die Interaktion zeitlich und räumlich hochaufgelöst verfolgen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Belgien
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Moritz Bünemann
• Kooperationspartner: Professor Jan Steyaert, Ph.D.