Υποδοχείς GPCR “Το κλειδί στα Φάρμακα του Μέλλοντος” Ιωάννα Αριτζή Επιλεγόμενο Μάθημα: Μοριακές Ασθένειες Υπεύθυνη Καθηγήτρια: Κα Φράγκου Μ.

Υποδοχείς GPCR Οι υποδοχείς GPCR ( G-protein-coupled receptors) αποτελούν μία μεγάλη οικογένεια πρωτεινών, των οποίων η πρωταρχική λειτουργία είναι η μετατροπή εξωκυτταρικών ερεθισμάτων σε ενδοκυτταρικά σήματα. Είναι από τις μεγαλύτερες και πιο ποικιλόμορφες οικογένειες στο γονιδίωμα των θηλαστικών.

Δομή Περιέχουν 7 διαμεμβρανικές έλικες, ένα εξωκυττάριο αμινοτελικό άκρο και ένα ενδοκυτταρικό καρβοξιτελικό άκρο. Γι’αυτό το λόγο ονομάζονται και 7-TM(transmembrane) υποδοχείς ή heptahelical υποδοχείς. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/66/GPCR.png

Προσδέτες Η μετατροπή των ερεθισμάτων σε σήματα πετυχαίνεται μέσω αλληλεπίδρασης των ενδοκυτταρικών μονάδων των υποδοχέων με ετεροτριμερείς G πρωτεϊνες. Αυτή η κατηγορία μεμβρανικών πρωτεινών ανταποκρίνεται σε ένα μεγάλο φάσμα προσδετών (ligands), όπως αμίνες , ορμόνες, νευροδιαβιβαστές και πρωτείνες. Κάποιοι προσδένονται στην εξωκυτταρική μονάδα του υποδοχέα, ενώ άλλοι διεισδύουν στο διαμεμβρανικό μέρος.

Προσδέτες Αμίνες: Νορεπινεφρίνη, επινεφρίνη, ντοπαμίνη, ισταμίνη, ακετυλοχολίνη Αμινοξέα και ιόντα: Γλουταμινικό οξύ, Ca2+ Λιπίδια: Λυσοφωσφατιδικό οξύ (LPA), Παράγοντα Ενεργοποίησης Αιμοπεταλίων (PAF), Προσταγλαδίνες, Λευκοτριένια Πεπτίδια και Πρωτείνες: Αγγειοτενσίνη, Βραδυκινίνη, Θρομβίνη, Βομβεσίνη, Γλυκαγόνη, Καλσιτονίνη, Παραθυροειδική Ορμόνη (PTH), Ενδορφίνες Νουκλεοτίδια: Αδενοσίνη, Αδενίνη Άλλα: Φερομόνες, Καναβοείδή, Οπιοειδή, Οσμές

Προσδέτες ΑΓΩΝΙΣΤΗΣ: Ένα μόριο το οποίο δεσμεύει τον υποδοχέα και προκαλεί ισχυρή βιολογική απάντηση. Χαρακτηρίζεται από υψηλή χημική συγγένεια προς τον υποδοχέα και μεγάλη αποτελεσματικότητα.   ΑΝΤΑΓΩΝΙΣΤΗΣ: Ένα μόριο το οποίο δεσμεύει τον υποδοχέα και δεν προκαλεί βιολογική απάντηση. Μηδενική αποτελεσματικότητα. ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΟΣ ΑΓΩΝΙΣΤΗΣ: Ένα μόριο το οποίο δεσμεύει τον υποδοχέα και προκαλεί ελάττωση της ιδιοστατικής δραστηριότητας του υποδοχέα. ΕΝΔΟΓΕΝΗΣ ΑΓΩΝΙΣΤΗΣ: Είναι αγωνιστής παραγόμενος από το φυσιολογικό σύστημα. (πχ. νευροδιαβιβαστες)

Οι υποδοχείς GPCR κατηγοριοποιούνται σε 3 οικογένειες με βάση ομοιότητες στην αλληλουχία.

Οικογένεια Α H μεγαλύτερη ομάδα GPCR υποδοχέων. Περιλαμβάνει υποδοχείς φωτός (ροδοψίνη), αδρενεργικούς, και άλλους τύπους όπως η υποκατηγορία των οσφρητικών υποδοχέων. ερωτηση

Οικογένεια Β Αποτελείται από μόνο περίπου 25 μέλη. Περιλαμβάνει τους υποδοχείς για τις πεπτικές ορμόνες (σεκρετίνη, γλυκαγόνη κτλ), την καλσιτονίνη και παραθηροειδική ορμόνη. Αυτοί οι υποδοχείς ενεργοποιούν κυρίως το μονοπάτι της αδενυλικής κυκλάσης μέσω των πρωτεϊνών Gs.

Οικογένεια Γ Σχετικά μικρή ομάδα. Περιλαμβάνει την οικογένεια μεταβοτροπικών γλουταμινικών υποδοχέων, τους υποδοχείς GABA (νευροδιαβιβαστές αμινο-βουτυρικού οξέως), τους υποδοχείς ασβεστίου, και κάποιους γευστικούς υποδοχείς. Έχουν μεγάλο εξωκυτταρικό αμινοτελικό άκρο, που πιθανώς είναι σημαντικό για την σύνδεση του προσδέτη και την ενεργοποίηση του υποδοχέα.

G-Πρωτεϊνες Οι GPCRs είναι γνωστοί για τις φυσιολογικές τους λειτουργίες, όπως είναι η νευροδιαβίβαση, η όραση, η όσφρηση και δράση ορμονών. Οι ποικίλες αυτές βιολογικές λειτουργίες οφείλονται στην ενεργοποίηση ετεροτριμερών G-πρωτεινών, που αποτελούνται από υπομονάδες α και στενά συνδεδεμένες υπομονάδες β και γ. Η α υπομονάδα είναι υπεύθυνη για την ένωση GTP και GDP και την υδρολυση του GTP. Οι β και γ υπομονάδες σχηματίζουν ένα βγ σύμπλεγμα.

G-Πρωτεϊνες Η σύνδεση μίας G-πρωτείνης στον διαμεμβρανικό υποδοχέα προκαλεί μορφολογικές αλλαγές στις G-πρωτείνες που διευκολύνουν την απελευθέρωση GDP και την συνδεση του GTP. Με τη σύνδεση του GTP, η α υπομονάδα αποχωρίζεται από τις βγ. Ως αποτέλεσμα, η τριμερής πρωτείνη χωρίζεται σε ένα διμερές βγ και σε μια α υπομονάδα. Οι α υπομονάδες χωρίζονται σε 4 ομάδες: Gαs, Gαi, Gα12, Gαq . http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/G/G-protein.gif

Μονοπάτια Σηματοδότησης http://www.ibibiobase.com/projects/db-drd4/picture%20folder/gpcr1_fig1sign.jpg

Μονοπάτια Σηματοδότησης . Η ενεργοποίηση των second messenger ενισχύει το σήμα σε πολύ μεγάλο βαθμό erotisi Η Gαs πρωτείνη, γνωστή και ως διεγερτική G-πρωτείνη, ενεργοποιεί την αδενυλική κυκλάση (AC) που καταλύει την παραγωγή της second messenger cAMP (Κυκλική Μονοφωσφορική Αδενοσίνη).

Μονοπάτια Σηματοδότησης Σε αντίθεση, η πρωτείνη Gαi αναστέλει την αδενυλική κυκλάση (AC) , οδηγώντας σε χαμηλά επίπεδα cAMP.

Μονοπάτια Σηματοδότησης Η ενεργοποίηση της πρωτείνης Gαq, ακολουθείται από διέγερση της φωσφολιπάσης C, που επάγει την παραγωγή της second messenger τριφωσφορικής ινοζιτόλης (IP3). Παράλληλα η Gαq αλληλεπιδρά με κανάλια Κ+

Μονοπάτια Σηματοδότησης erotisi Οι G12 πρωτείνες, που περιγράφθησαν πιο πρόσφατα, αποτελούνται από τις Gα12 και Gα13 πρωτείνες. Και οι δύο ενεργοποιούν την GTPase Rho, η οποία μπορεί να προκαλέσει ενεργοποίηση της c-Jun N-terminal-Kinase (JNK).

GPCRs και Φαρμακοβιομηχανία Πολλά από τα αυτά συμμετέχουν σε αισθητικούς μηχανισμούς. Υπάρχουν 367 μη αισθητικοί ανθρώπινοι GPCR υποδοχείς. Για τους 224 οι ενδογενείς προσδέτες έχουν περιγραφθεί, ενώ για τους υπόλοιπους 143 παραμένουν ακόμα άγνωστοι. Για αυτούς τους υποδοχείς χρησιμοποιείται ο όρος ‘ορφανοί΄.

GPCRs και Φαρμακοβιομηχανία Είναι ο στόχος για περιπου 45% των φαρμάκων που βρίσκονται στην αγορά. Παράλληλα, οι λεγόμενοι ‘ορφανοί’ GPCR υποδοχείς αποτελούν μια άφθονη κατηγορία νέων θεραπευτικών στόχων του μέλλοντος.

GPCRs και Φαρμακοβιομηχανία 2 στόχοι για τις φαρμακοβιομηχανίες: Α) Να μπορέσουν να προσδιορίσουν φαρμακευτικούς προσδέτες για αυτούς τους υποδοχείς, που θα τους επιτρέψουν διευκρίνηση των λειτουργιών τους in vivo. Β) Να μπορέσουν να επιλέξουν ποιά σειρά υποδοχέων, θα είναι αντικείμενο ενδιαφέροντος, σε έναν θεραπευτικό τομέα.

Πρόσφατα Δεδομένα Έως τώρα υπήρχε η θεωρία πως όλα τα downstream μονοπάτια ενεργοποιούνται ισότιμα από έναν προσδέτη. Τελευταίες έρευνες δείχνουν πως προσδέτες ενεργοποιούν μόνο μία υπομονάδα σηματοδότησης. Επομένως, η έρευνα στη φαρμακοβιομηχανία στοχεύει στον εντοπισμό του προσδέτη, που όχι μόνο θα προσδεθεί στον υποδοχέα αλλά θα ενεργοποιήσει/αναστείλει το μονοπάτι που μας ενδιαφέρει.

Παραδείγματα GPCR υποδοχέων

Μουσκαρινικοί Υποδοχείς (mAChRs) Eίναι υποδοχείς ακετυλοχολίνης, στις μεμβράνες των νευρώνων. Aποτελούν τους κύριους τελικούς υποδοχείς που διεγείρονται από την ακετυλοχολίνη, η οποία απελευθερώνεται από μεταγαγγλιακές ίνες του ΠΝΣ. Ονομάστηκαν έτσι διότι είναι πιο ευαίσθητοι στην Μουσκαρίνη από ότι στην Νικοτίνη. Διακρίνονται σε 5 υποκατηγορίες ( Μ1 Μ2 Μ3 Μ4 Μ5). Οι G-πρωτείνες με τις οποίες συνδέονται ποικίλουν,ανάλογα με την υποκατηγορία του μουσκαρινικού υποδοχέα. Οι προσδέτες που στοχεύουν στους μουσκαρινικούς υποδοχείς κι έχουν πρόσφατα εγκριθεί για κλινική χρήση περiλαμβάνουν μη εκλεκτικούς ανταγωνiστές για τη θεραπεία του Parkinson, της Χρόνιας Αποφρακτικής Πνευμονοπάθειας.κ.α

Υποδοχείς Σεροτονίνης (5-ΗΤ) Η σεροτονίνη (υδροξυτρυπταμίνη 5-ΗΤ) είναι ένας μονοαμινικός νευροδιαβιβαστής. Οι υποδοχείς της σεροτονίνης ομαδοποιούνται κυρίως σε 2 μεγαλες ομάδες: 5-HT1 receptor family : σήματα μέσω Gai 5-HT2 receptor family : σήματα μέσω Gaq Και άλλες όπως : 5-ΗΤ3-4-5-6-7 Πολλές κατηγορίες φαρμάκων στοχεύουν στους 5-ΗΤ υποδοχείς. Π.χ. αντικαταθλιπτικά, αντιψυχωτικά, αγχολυτικά, αντιεμετικά,κατά της ημικρανίας φάρμακα, καθώς και τα ψυχεδελικά ναρκωτικά.

GPR17 Μονοπολεί το ενδιαφέρον στα εργαστήρια του εξωτερικού τα τελευταία χρόνια....

Βιβλιογραφία Harden “Enigmatic GPCR Finds a Stimulating Drug’’ Science Signaling 2013 Martins, Trabuco,Monteiro “Towards the miniaturization of GPCR-based livecell screening assays.” Cell 2012 Dinger, Beck-Sickinger “ Reporter Gene Assay Systems for the Invistigation of Gprotei-couled Receptors’’. Molecular Biology in Medicinal Chemistry 2004 Hill,Baker, Ress “Reporter Gene systems for the study of G-protein-coupled receptors”. Institute of cell Signiling ,Medical School, University of Nottingham 2011

Σας ευχαριστώ πολυ!