In silico és in vitro módszerek

In silico és in vitro módszerek glutaminsav receptor antagonisták tervezésében
Kardos Julianna és Nyikos Lajos
MTA Kémiai Kutatóközpont, Neurokémiai Osztály

Az idegsejtet határoló membránba ágyazott, ioncsatornát formáló glutaminsav-receptorok (iGIuR) a serkentõ ingerületátvitel legfontosabb receptorai az agyban. Patológiás körülmények között (epilepsziában, agyi ischémiában) fokozottan mûködnek, így az iGIuR receptor funkciót gátló antagonisták feltehetõen neuroprotektív hatásúak.
In vitro receptorkötôdési mérésekben a 2-metil-4-oxo-3H-kinazolin-3-acetilpiperidin (Q5) gátolta az AMPA-típusú iGIuR és glutaminsav egyensúlyi reakcióját patkányagyból izolált membránszuszpenzióban [1]. A kémiai gyorskinetika alkalmazásával kimutattuk, hogy a Q5 specifikusan gátolja az AMPA-típusú iGIuR által szabályozott transzmembrán Ca²⁺-fluxust [1]. Ezért megvizsgáltuk, hogy ennek az AMPA-típusú iGIuR funkciónak a specifikus gátlása a Q5 vegyülettel befolyásolhatja-e az epilepsziát. Patkányagyból izolált hippokampusz szeletekben a mesterséges agyfolyadék összetételének megváltoztatásával – a [K⁺] növelésével vagy a [Mg²⁺] csökkentésével – modellezhetõ az epilepszia in vitro. A modellek közös jellemzôje, hogy az idegsejtek spontán aktiválódnak, mûködésük szinkronizálódik, és ez a fokozott mûködés végül sejtpusztuláshoz vezet. A specifikus AMPA-típusú iGIuR antagonista, a Q5 mindkét in vitro kísérletes epilepszia modellben hatásosan gátolta az epilepsziára jellemzô spontán, szinkronizált mezôpotenciál aktivitást.
Az AMPA-típusú iGIuR kötõdoménjének 3D szerkezete röntgendiffrakciós mérésekbôl ismert [2]. Az üres, a receptor agonistákkal és az antagonistákkal együtt kristályosított kötôdomén térszerkezetének ismeretében [2] a neuroprotektív vegyületek tervezése az eddiginél racionálisabban végezhetô, mert elõzetes molekulamechanikai számításokkal, in silico szûkíthetô a kísérletileg vizsgálandó, várhatóan hatásos molekulák köre. Az agonisták kötõdésének hatására a receptor kötôdomén nagyléptékû, globális konformáció-változást mutat, míg antagonisták esetén alig változik. Megmutattuk, hogy az ioncsatorna kinyílásához vezetô globális konformáció-változás irányát és mértékét egy lokális szerkezeti változás jelzi: agonisták jelenlétében a kötõdomén Lys730 oldallánca az Asp728 oldallánchoz kapcsolódik, míg antagonisták jelenlétében a GIu705 oldallánchoz. A Lys730 tehát kétállású kapcsolóként viselkedik: a Q5 esetében ez a kapcsoló – összhangban in vitro kísérleti eredményeinkkel – az antagonistákra jellemzõ pozíciót mutat.
A deszenzitizálódott ioncsatornák agonista jelenlétében is zártak. A deszenzitizációhoz vezetô konformáció-változás bekövetkezhet a csatornanyitás után, de azzal párhuzamosan is, mely utóbbi esetben az antagonisták várhatóan kevesbé hatásosak. Irodalmi adatok elemzésével megmutattuk [3], hogy az AMPA-típusú iGIuR deszenzitizációja, a homológ szerkezetû ioncsatornát formáló g-amino-vajsav és az acetilkolin membránreceptoroktól eltérôen, az ioncsatorna kinyílására jellemzô fraktális kinetikát követ, így feltehetôen konszekutív.
Hivatkozások
[1] Szárics, É., Nyikos, L., Barabás, P., Kovács, I., Skuban, N., Temesváriné-Major, E., Egyed, O., Nagy, P.I., Kökösi, J., Takács-Novák, K., Kardos, J., 2001. Quiriazolone-alkylcarboxylic acid derivatives inhibit transmembrane Ca²⁺ ion flux to (+)[S]-a-amino-3-hydroxy-5methylisoxazole-4-propionic acid. Molecular Pharmacology 59, 920-928.
[2] Armstrong, N., Gouaux, E.; 2000. Mechanisms for activation and antagonism of an AMPA-sensitive glutamate receptor: crystal structure of the GIuR2 ligand binding core. Neuron 28, 165-181.
[3] Kardos, J., Nyikos, L., 2001. Universality of receptor channel responses. Trends in Pharmacological Science (megjelenés alatt).

Szemelvények a magyarországi kémia kiemelkedõ eredményeibõl