Receptores Acoplados a Proteínas G

Gustavo Bruges (Phil. D. Farmacología) Facultad de Ciencias de la Salud. Programa de Medicina

RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEÍNAS G Química Molecular en el Bolsillo

CONTENIDO

• 1-Estructura básica

• 2- Diversidad de la familia de genes GPCR
• -Subfamilias
• -Los GPCRs median los efectos de una gran variedad de agonistas diferentes
• -Múltiples receptores reconocen el mismo ligando
• 3- Activación de receptores de proteínas G heterotriméricas

• 4- Dominios funcionales en el GPCR

• 5- Inactivación de la señalización mediada por el GPCR

• 6- Dimerización de GPCRs
• 7- Función alternativa de los GPCRs

1. Estructura Básica

"Por lo tanto, podemos suponer que en todas las células hay que distinguir al menos dos constituyentes una sustancia principal, que se ocupa de la función principal de la célulacomo la contracción y la secreción, y sustancias receptivas sobre las que actúan los cuerpos químicos y, en ciertos casos, los estímulos nerviosos. La sustancia receptiva afecta o es capaz de afectar al metabolismo de la sustancia principalJ.N. Langley (1852-1926) (Journal of Physiology 33, 374-413, 1905)

1. Estructura Básica

R. Ahlquist "...Esto sería cierto si fuera tan presuntuoso como para creer que los receptores α y β realmente existen. Hay quienes lo piensan e incluso se proponen describir su estructura íntima. Para mí son un concepto abstracto concebido para explicar las respuestas observadas de los tejidos producidas por sustancias químicas de diversa estructura" (Perspect. Biol. Med. 17:119-122, 1973)

Expresión y Purificación

Bioquímica Espectroscopía Cristalografía

2. Diversidad

~ 200 receptores funcionalmente conocidos- ~ 600 receptores funcionalmente no asignados (huérfanos)- Cientos de receptores sensoriales (gusto y olfato) y hormonales- Representan alrededor del 33% de todos los medicamentos recetados-Ejemplos: Bloqueadores y agonistas de los receptores α y β-adrenérgicos, Bloqueadores y agonistas de los receptores de serotonina, Bloqueadores de los receptores de la histamina H1 y H2,Bloqueadores y agonistas de los receptores opiáceos

Venkatakrishnan, A., Deupi, X., Lebon, G. et al. Molecular signatures of G-protein-coupled receptors. Nature 494, 185–194 (2013). https://doi.org/10.1038/nature11896

2. Diversidad

Venkatakrishnan, A., Deupi, X., Lebon, G. et al. Molecular signatures of G-protein-coupled receptors. Nature 494, 185–194 (2013). https://doi.org/10.1038/nature11896

Múltiples GPCRs pueden unirse a un único agonista: La serotonina

2. Diversidad

2. Diversidad

3- Activación de receptores de proteínas G heterotriméricas

3- Activación de receptores de proteínas G heterotriméricas

GPCR-G Protein Cycle

of G protein

and inactivation

GTP hydrolysis

proteins

regulate effector

protein subunits

Activated G

and nucleotide exchange

G protein coupling

Agonist binding

Simons, F. E. R., & Simons, K. J. (2011). Histamine and H1-antihistamines: celebrating a century of progress. Journal of Allergy and Clinical Immunology, 128(6), 1139-1150.

Ansgar Philippsen & Ron Dror (D.E. Shaw Research)

TM6

• Los receptores son fléxibles y dinámicos
• El TM6 sufre los mayores cambios en respuesta a los agonistas
• La unión con el agonista y la activación se producen a través de una serie de intermedios conformacionales
• Los agonistas y los agonistas parciales estabilizan estados conformacionales distintos
• Los agonistas por sí solos no estabilizan una única conformación activa.

Información sobre los estudios de espectroscopia-fluorescencia, RMN

5- Inactivación de la señalización mediada por el GPCR

Los GPCRs son infieles a las proteínas G

Bruges, Gustavo, Alfonzo M "Coupling of M3 acetylcholine receptor to Gq16 activates a natriuretic peptide receptor guanylyl cyclase." Journal of Receptors and Signal Transduction 27.2-3 (2012): 189-216.

ConclusionesEn la actualidad, hay 475 fármacos (aproximadamente el 34% de todos los aprobados por la FDA) que actúan sobre 108 dianas únicas de los GPCR.En la actualidad hay unos 321 agentes en fase de ensayo clínico, de los cuales el 20% se dirige a 66 dianas de GPCR potencialmente novedosas que no cuentan con un fármaco aprobado.Los fármacos biológicos, los moduladores alostéricos y los agonistas sesgados(tendenciosos) son cada vez más frecuentes en los ensayos clínicos.Las principales indicaciones de enfermedades para los moduladores de GPCR muestran un cambio hacia la diabetes, la obesidad y la enfermedad de Alzheimer, aunque otros trastornos del sistema nervioso central también están muy representados.Los 224 (56%) GPCR no olfatorios que aún no se han explorado en ensayos clínicos tienen un amplio potencial terapéutico sin explotar, sobre todo en trastornos genéticos y del sistema inmunitario.Se pueden analizar otras tendencias en el descubrimiento de fármacos para los GPCR en un recurso interactivo de la base de datos GPCRdb

BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADAHauser, Alexander S., et al. "Trends in GPCR drug discovery: new agents, targets and indications." Nature reviews Drug discovery 16.12 (2017): 829-842.Hilger, D., Masureel, M., & Kobilka, B. K. (2018). Structure and dynamics of GPCR signaling complexes. Nature structural & molecular biology, 25(1), 4-12.Ritter, S. L., & Hall, R. A. (2009). Fine-tuning of GPCR activity by receptor-interacting proteins. Nature reviews Molecular cell biology, 10(12), 819-830.Rosenbaum, D. M., Cherezov, V., Hanson, M. A., Rasmussen, S. G., Thian, F. S., Kobilka, T. S., ... & Kobilka, B. K. (2007). GPCR engineering yields high-resolution structural insights into β2-adrenergic receptor function. science, 318(5854), 1266-1273.Irannejad, R., Tomshine, J. C., Tomshine, J. R., Chevalier, M., Mahoney, J. P., Steyaert, J., ... & Von Zastrow, M. (2013). Conformational biosensors reveal GPCR signalling from endosomes. Nature, 495(7442), 534-538.Zhang, R., & Xie, X. (2012). Tools for GPCR drug discovery. Acta Pharmacologica Sinica, 33(3), 372-384.

¡GRACIAS!