Kísérletes gyógyszertan, gyógyszerkutatás (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)
40 %
Ortelius tudományág: Gyógyszerészeti tudományok
Analitikai kémia (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma)
40 %
Ortelius tudományág: Spektrokémia
Általános biokémia és anyagcsere (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)
20 %
Ortelius tudományág: Biokémia
zsűri
Kémia 1
Kutatóhely
Biokémiai Intézet (HUN-REN Szegedi Biológiai Kutatóközpont)
projekt kezdete
2008-04-01
projekt vége
2011-04-30
aktuális összeg (MFt)
3.000
FTE (kutatóév egyenérték)
2.19
állapot
lezárult projekt
magyar összefoglaló
A mü-opioid receptor két nagy affinitású és szelektivitású endogén ligandja, az endomorfin-1 (H-Tyr-Pro-Trp-Phe-NH2, EM1) és az endomorfin-2 (H-Tyr-Pro-Phe-Phe-NH2, EM2) nemrég került felfedezésre. Az opioid receptorok fontos célpontok új, korszerűbb analgetikumok tervezésében, ezért a ligand-receptor kölcsönhatás szerkezeti tényezőinek megértése kiemelt fontossággal bír. A közelmúltban számos, az endomorfinokéhoz hasonló bioaktivitású szintetikus analóg került bemutatásra. A szabad N-terminális amin funkció, két meghatározott távolságban és térbeli helyzetben lévő aromás oldallánc, valamint poláros, de nem savas C-terminális funkciós csoport jelenléte került eddig meghatározásra, mint a mü-opioid aktivitás szerkezeti tényezői. Mindezzel ellentétben, a farmakoforok előnyös térbeli elhelyezkedését biztosító konformációra még nem született általánosan elfogadott, bizonyított javaslat, továbbá a mü-opioid receptor szerkezetét és a kötőhely(ek) elhelyezkedését illetően is megoszlanak a vélemények. A kutatás célja, hogy további betekintést nyújtson a mü-opioid aktivitás szerkezeti vonatkozású részleteibe. Ehhez egy új, elméleti és kísérleti módszereket egyesítő eljárás kifejlesztése és alkalmazása nyújtana segítséget. Ezen eljárás során mü-opioid receptor szelektiv peptidek rezgési cirkuláris dikroizmus (VCD) spektumát modelleznénk kvantumkémiai számítások segítségével, molekuladinamikai (MD) szimulációk eredményeiből következtetett konformációs sajátságok alapján. A várt eredmény kísérletileg igazolt szerkezeti információ nyerése az endomorfinokról és analógjaikról, melyek esetében a fokozott szerkezeti rugalmasság miatt a domináns konformációs családok meghatározása NMR spektroszkópiás mérések alapján nem egyértelmű.
angol összefoglaló
Endomorphin-1 (H-Tyr-Pro-Trp-Phe-NH2, EM1) and endomorphin-2 (H-Tyr-Pro-Phe-Phe-NH2, EM2) were discovered recently as highly potent and selective endogenous ligands of the mu-opioid receptor. Opioid receptors are important targets for the development of novel analgesics therefore the understanding of structural determinants of ligand-receptor interactions is necessary. Several synthetic analogues were proposed with potency similar to the endomorphins. The presence of free amine function on the N-terminus and two aromatic side chains in a well defined distance and spatial orientation and a polar but non-acidic C-terminus was shown to be essential for opioid activity of endomorphins. The backbone conformation, which is able to facilitate the relative orientation of key pharmacophoric elements is, however, debated. Furthermore, no undisputed evidence for the structure and binding site(s) of the mu-opioid receptor has yet been given. This study aims to give further insights into the structural requirements of mu-opioid activity . For this, a novel approach, which combines theoretical and experimental methods would be developed and used. In this protocol infrared (IR) and vibrational circular dichroism (VCD) spectra of mu-opioid receptor selective peptides are modeled using quantum chemical methods, based on conformational information obtained from molecular dynamics (MD) simulations. Our studies are expected to provide experimentally verified dynamic conformational information about endomorphins and their analogs and later, other short bioactive peptides, where backbone flexibility does not allow the unambiguous determination of dominant conformational families when NMR spectroscopy is used.
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
A támogatási periódus alatt természetes és szintetikus m-opioid receptor ligandumok szerkezet-hatás összefüggéseit vizsgáltuk és egy kombinált kísérleti-elméleti szerkezetvizsgálati protokoll kidolgozásán munkálkodtunk. Tíz ismert affinitású m-opioid receptor ligandum molekuladinamikai szimulációkon alapuló szerkezetanalízise alapján egy négy szerkezeti paraméterrel leírható bioaktív szerkezeti modellt állítottunk fel. Az IR és VCD spektroszkópiai méréseken, valamint kvantumkémiai spektrum-modellezésen alapuló kombinált szerkezetvizsgálati protokoll kidolgozásakor előzetes elgondolásainkat követve nem kaptunk várakozásainkat kielégítő eredményeket. Ez szükségszerűvé tette hipotézisünk újraértékelését és alternatív megoldások, módszerek bevezetését. Ezen a téren a kutatás még folyamatban van. Az előbbiekben említett alapkutatási ágon elért eredményeink viszont lehetővé tették, hogy egy új kutatási vonalat nyitva potenciális m-opioid ligandumokat tervezzünk. A tisztán elméleti úton nyert adatokra alapozott molekulatervezés és tesztelés a vártnál is jobb eredményekkel zárult. Az újonnan tervezett, előállított ligandumok tesztjei megerősítették korábban emlitett, bioaktív szerekezeti feltevéseinket. Eredményeinket négy folyóiratcikk, egy konferenciacikk, egy összefoglaló cikk és egy közlésre benyújtott kézirat rögzíti.
kutatási eredmények (angolul)
During the funding period we studied the structure-activity relationships of naturally occurring and synthetic m-opioid receptor ligands. Additionally we worked on the development of structural analysis protocol, which combines experimental and theoretical methods. On the basis of structural analyses of ten m-opioid receptor ligands of known affinity we proposed a bioactive structure model, which is defined by four specific structural parameter. Results obtained during the development of structural analysis protocol, which combines IR and VCD spectroscopy and quantum chemical spectrum modeling did not fulfill our expectations. Therefore, re-evaluation of our hypothesis and introduction of alternative methods and solutions were needed. Work is still in progress on this branch of our studies. However, our proposed structure-activity model allowed us to design new potential m-opioid ligands, hereby opening a new direction in our research. The new ligands, designed on the basis of theoretical results, were proved to be bioactive therefore reinforcing our previously proposed model. Our results were published in the form of four journal articles, one conference proceeding, one review article and one manuscript, which is now submitted for publication.
Borics A; Gach K; Fichna J; Sobolewski D; Toth G; Janecka A: Structural comparison of endomorphin-2 and its conformationally restricted analog Tyr-Pro-Phe-Phe-NH2, J Mol Graph Model (közlésre elküldve), 2011
