Analysis of agonist and antagonist effects on thyroid hormone receptor conformation by hydrogen/deuterium exchange

Thyroid hormone receptors (TRs) are ligand-gated transcription factors with critical roles in development and metabolism. Although x-ray structures of TR ligand-binding domains (LBDs) with agonists are available, comparable structures without ligand (apo-TR) or with antagonists are not. It remains important to understand apo-LBD conformation and the way that it rearranges with ligands to develop better TR pharmaceuticals. In this study, we conducted hydrogen/deuterium exchange on TR LBDs with or without agonist (T 3) or antagonist (NH3). Both ligands reduce deuterium incorporation into LBD amide hydrogens, implying tighter overall folding of the domain. As predicted, mass spectroscopic analysis of individual proteolytic peptides after hydrogen/ deuterium exchange reveals that ligand increases the degree of solvent protection of regions close to the buried ligand-binding pocket. However, there is also extensive ligand protection of other regions, including the dimer surface at H10-H11, providing evidence for allosteric communication between the ligand-binding pocket and distant interaction surfaces. Surprisingly, Cterminal activation helix H12, which is known to alter position with ligand, remains relatively protected from solvent in all conditions suggesting that it is packed against the LBD irrespective of the presence or type of ligand. T 3, but not NH3, increases accessibility of the upper part of H3-H5 to solvent, and we propose that TR H12 interacts with this region in apo-TR and that this interaction is blocked by T 3 but not NH3.Wepresent data from site-directed mutagenesis experiments and molecular dynamics simulations that lend support to this structural model of apo-TR and its ligand-dependent conformational changes. (Molecular Endocrinology 25: 15-31, 2011). Copyright © 2011 by The Endocrine Society.

Deconstructing the DGAT1 enzyme: Binding sites and substrate interactions

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Thyroid hormone action is required for normal cone opsin expression during mouse retinal development

PURPOSE. The expression of S- and M-opsins in the murine retina is altered in different transgenic mouse models with mutations in the thyroid hormone receptor (TR)-beta gene, demonstrating an important role of thyroid hormone (TH) in retinal development. METHODS. The spatial expression of S- and M-opsin was compared in congenital hypothyroidism and in two different TR mutant mouse models. One mouse model contains a ligand-binding mutation that abolishes TH binding and results in constitutive binding to nuclear corepressors. The second model contains a mutation that blocks binding of coactivators to the AF-2 domain without affecting TH binding. RESULTS. Hypothyroid newborn mice showed an increase in S- opsin expression that was completely independent of the genotype. Concerning M-opsin expression, hypothyroidism caused a significant decrease (P < 0.01) only in wild-type animals. When TR beta 1 and -beta 2 were T3-binding defective, the pattern of opsin expression was similar to TR beta ablation, showing increased S- opsin expression in the dorsal retina and no expression of M-opsin in the entire retina. In an unexpected finding, immunostaining for both opsins was detected when both subtypes of TR beta were mutated in the helix 12 AF-2 domain. CONCLUSIONS. The results show, for the first time, that the expression of S- and M-opsin is dependent on normal thyroid hormone levels during development.

Evidence of the Importance of the First Intracellular Loop of Prokineticin Receptor 2 in Receptor Function

Prokineticin receptors (PROKR) are G protein-coupled receptors (GPCR) that regulate diverse biological processes, including olfactory bulb neurogenesis and GnRH neuronal migration. Mutations in PROKR2 have been described in patients with varying degrees of GnRH deficiency and are located in diverse functional domains of the receptor. Our goal was to determine whether variants in the first intracellular loop (ICL1) of PROKR2 (R80C, R85C, and R85H) identified in patients with hypogonadotropic hypogonadism interfere with receptor function and to elucidate the mechanisms of these effects. Because of structural homology among GPCR, clarification of the role of ICL1 in PROKR2 activity may contribute to a better understanding of this domain across other GPCR. The effects of the ICL1 PROKR2 mutations on activation of signal transduction pathways, ligand binding, and receptor expression were evaluated. Our results indicated that the R85C and R85H PROKR2 mutations interfere only modestly with receptor function, whereas the R80C PROKR2 mutation leads to a marked reduction in receptor activity. Cotransfection of wild-type (WT) and R80C PROKR2 showed that the R80C mutant could exert a dominant negative effect on WT PROKR2 in vitro by interfering with WT receptor expression. In summary, we have shown the importance of Arg80 in ICL1 for PROKR2 expression and demonstrate that R80C PROKR2 exerts a dominant negative effect on WT PROKR2. (Molecular Endocrinology 26: 1417-1427, 2012)

Novel aryl beta-aminocarbonyl derivatives as inhibitors of Trypanosoma cruzi trypanothione reductase: binding mode revised by docking and GRIND2-based 3D-QSAR procedures

Trypanothione reductase has long been investigated as a promising target for chemotherapeutic intervention in Chagas disease, since it is an enzyme of a unique metabolic pathway that is exclusively present in the pathogen but not in the human host, which has the analog Glutathione reductase. In spite of the present data-set includes a small number of compounds, a combined use of flexible docking, pharmacophore perception, ligand binding site prediction, and Grid-Independent Descriptors GRIND2-based 3D-Quantitative Structure-Activity Relationships (QSAR) procedures allowed us to rationalize the different biological activities of a series of 11 aryl beta-aminocarbonyl derivatives, which are inhibitors of Trypanosoma cruzi trypanothione reductase (TcTR). Three QSAR models were built and validated using different alignments, which are based on docking with the TcTR crystal structure, pharmacophore, and molecular interaction fields. The high statistical significance of the models thus obtained assures the robustness of this second generation of GRIND descriptors here used, which were able to detect the most important residues of such enzyme for binding the aryl beta-aminocarbonyl derivatives, besides to rationalize distances among them. Finally, a revised binding mode has been proposed for our inhibitors and independently supported by the different methodologies here used, allowing further optimization of the lead compounds with such combined structure- and ligand-based approaches in the fight against the Chagas disease.

Septin C-Terminal Domain Interactions: Implications for Filament Stability and Assembly

Septins form a conserved family of filament forming GTP binding proteins found in a wide range of eukaryotic cells. They share a common structural architecture consisting of an N-terminal domain, a central GTP binding domain and a C-terminal domain, which is often predicted to adopt a coiled-coil conformation, at least in part. The crystal structure of the human SEPT2/SEPT6/SEPT7 heterocomplex has revealed the importance of the GTP binding domain in filament formation, but surprisingly no electron density was observed for the C-terminal domains and their function remains obscure. The dearth of structural information concerning the C-terminal region has motivated the present study in which the putative C-terminal domains of human SEPT2, SEPT6 and SEPT7 were expressed in E. coli and purified to homogeneity. The thermal stability and secondary structure content of the domains were studied by circular dichroism spectroscopy, and homo- and hetero-interactions were investigated by size exclusion chromatography, chemical cross-linking, analytical ultracentrifugation and surface plasmon resonance. Our results show that SEPT6-C and SEPT7-C are able to form both homo- and heterodimers with a high alpha-helical content in solution. The heterodimer is elongated and considerably more stable than the homodimers, with a K (D) of 15.8 nM. On the other hand, the homodimer SEPT2-C has a much lower affinity, with a K (D) of 4 mu M, and a moderate alpha-helical content. Our findings present the first direct experimental evidence toward better understanding the biophysical properties and coiled-coil pairings of such domains and their potential role in filament assembly and stability.

Structure of the haptoglobin-haemoglobin complex

Red cell haemoglobin is the fundamental oxygen-transporting molecule in blood, but also a potentially tissue-damaging compound owing to its highly reactive haem groups. During intravascular haemolysis, such as in malaria and haemoglobinopathies(1), haemoglobin is released into the plasma, where it is captured by the protective acute-phase protein haptoglobin. This leads to formation of the haptoglobin-haemoglobin complex, which represents a virtually irreversible non-covalent protein-protein interaction(2). Here we present the crystal structure of the dimeric porcine haptoglobin-haemoglobin complex determined at 2.9 angstrom resolution. This structure reveals that haptoglobin molecules dimerize through an unexpected beta-strand swap between two complement control protein (CCP) domains, defining a new fusion CCP domain structure. The haptoglobin serine protease domain forms extensive interactions with both the alpha- and beta-subunits of haemoglobin, explaining the tight binding between haptoglobin and haemoglobin. The haemoglobin-interacting region in the alpha beta dimer is highly overlapping with the interface between the two alpha beta dimers that constitute the native haemoglobin tetramer. Several haemoglobin residues prone to oxidative modification after exposure to haem-induced reactive oxygen species are buried in the haptoglobin-haemoglobin interface, thus showing a direct protective role of haptoglobin. The haptoglobin loop previously shown to be essential for binding of haptoglobin-haemoglobin to the macrophage scavenger receptor CD163 (ref. 3) protrudes from the surface of the distal end of the complex, adjacent to the associated haemoglobin alpha-subunit. Small-angle X-ray scattering measurements of human haptoglobin-haemoglobin bound to the ligand-binding fragment of CD163 confirm receptor binding in this area, and show that the rigid dimeric complex can bind two receptors. Such receptor cross-linkage may facilitate scavenging and explain the increased functional affinity of multimeric haptoglobin-haemoglobin for CD163 (ref. 4).

Der PAC1-Rezeptor

Zusammenfassung Im Rahmen dieser Arbeit wurde der PAC1-Rezeptor (Pituitary Adenylate Cyclase Activating-Polypeptide-Rezeptor), ein Mitglied der VIP-Glucagon-Rezeptorfamilie, aus Sf21-Insektenzellen angereichert. Zur Überexpression wurde das Baculovirussystem genutzt. Die Expression konnte um das 20fache gegenüber natürlichem Gewebe gesteigert werden (40 pmol/mg). Das Drosophila-Expressionssystem und die Expression in suspensionsadaptierten HEK-Zellen erwiesen sich dagegen als weniger effizient für die Überexpression des PAC1-Rezeptors. Der PAC1-Rezeptor wurde mit Digitonin aus den Sf21-Zellmembranen solubilisiert und mittels eines Rhodopsin-Epitops über Antikörperaffinitätschromatographie funktionell angereichert. Der funktionell angereicherte Rezeptor wurde mit einem photoreaktiven und radioaktiven PACAP-Liganden markiert. Anschließend erfolgte der proteolytische Verdau mit Kallikrein. Aufgrund der Zuordnung der radioaktiven Spaltfragmente konnte die Ligandenbindungsstelle im PAC1-Rezeptor auf den N-Terminus und den ersten extrazellulären Loop beschränkt werden. Dieses Ergebnis bestätigt Resultate, die für andere Mitglieder dieser Rezeptorfamilie vorliegen.Alternativ wurde der PAC1-Rezeptor unfunktionell in E.colis überexprimiert und in hohen Maße über ein C-terminales His6-Tag aus Inclusion bodies angereichert. Zudem wurde in dieser Arbeit erstmals ein Einfluss des PAC1-Rezeptors auf die APP-Prozessierung festgestellt. Dies äußerte sich in einem Anstieg der APPsa-Sekretion. Obwohl weitere Untersuchungen über genauere Mechanismen und Wechselwirkungen noch ausstehen, konnte hier gezeigt werden, dass der PAC1-Rezeptor einen positiv regulatorischen Einfluss auf die APPsa-Sekretion besaß. Der PAC1-Rezeptor ist wahrscheinlich ein Stimulator der a-Sekretasen und erstmals in direkten Zusammenhang mit der Alzheimerschen Erkrankung diskutierbar.

Synthetische Glycopeptide mit Sulfatyl-Lewis X-Struktur als potenzielle Inhibitoren der Zelladhäsion

Zelladhäsionsprozesse sind von großer Bedeutung für zahlreiche biologische Prozesse, wie etwa die Immunantwort, die Wundheilung und die Embryogenese. Außerdem spielen sie eine entscheidende Rolle im Verlauf inflammatorischer Prozesse. An der Zelladhäsion sind verschiedene Klassen von Adhäsionsmolekülen beteiligt. Die erste leichte „rollende“ Adhäsion von Leukozyten am Ort einer Entzündung wird durch die Selektine vermittelt. Diese binden über die Kohlenhydrat-Strukturen Sialyl-Lewisx und Sialyl-Lewisa über eine calciumabhängige Kohlenhydrat-Protein-Bindung an ihre spezifischen Liganden und vermitteln so den ersten Zellkontakt, bevor andere Adhäsionsmoleküle (Cadherine, Integrine) die feste Adhäsion und den Durchtritt durch das Endothel bewirken. Bei einer pathogenen Überexpression der Selektine kommt es jedoch zu zahlreichen chronischen Erkrankungen wie z. B. rheumatoider Arthritis, Erkrankungen der Herzkranzgefäße oder dem Reperfusions-syndrom. Außerdem wird eine Beteiligung der durch die Selektine vermittelten Zellkontakte bei der Metastasierung von Karzinomzellen angenommen. Ein Ansatzpunkt für die Behandlung der oben genannten Erkrankungen ist die Gabe löslicher kompetitiver Inhibitoren für die Selektine. Ziel der Arbeit war die Modifikation des Sialyl-Lewisx-Leitmotivs zur Steigerung der metabolischen Stabilität und dessen Einbau in die Peptidsequenz aus der für die Bindung verantwortlichen Domäne des endogenen Selektin-Liganden PSGL-1. Dazu wurden mit einer modifizierten Lewisx-Struktur glycosylierte Aminosäurebausteine dargestellt (Abb.1). Die Verwendung von Arabinose und des Sulfatrestes anstelle von Fusose und Sialinsäure sollte außerdem zu einer gesteigerten metabolischen Stabilität des synthetischen Liganden beitragen. Die so erhaltenen Glycosylaminosäuren sollten nun in die Festphasenpeptidsynthese eingesetzt werden. Aufgrund der großen säurelabilität konnte hier nicht auf das Standartverfahren (Wang-Harz, Abspaltung mit TFA) zurückgegriffen werden. Deshalb kam ein neuartiges UV-labiles Ankersystem zum Einsatz. Dazu wurde ein Protokoll für die Synthese und Abspaltung von Peptiden an diesem neuen System entwickelt. Daran gelang die Synthese des nichtglycosylierten Peptidrückgrats sowie eines mit der dem sulfatierten Lewisx-Motiv versehenen Glycopeptids. Ein vierfach sulfatiertes Glycopeptid, welches durch den Einsatz von im Vorfeld chemisch sulfatierer Tyrosin-Bausteinen dargestellt werden sollte, konnte massenspektrometrisch nachgewiesen werden.

Unmittelbare, dauerhafte sowie evolutionäre Anpassung an Fremdstoffexpositionen

Eine der Hauptursachen für unerwünschte oder reduzierte Wirkungen von Medikamenten ist die Induktion von Enzymen und Transportern des Medikamentenstoffwechsels. Diese Induktion stellt ursprünglich eine physiologische Reaktion auf die Aufnahme von potentiell schädlichen Fremdstoffen aus der Umwelt dar und sichert so die Gesundheit und Fortpflanzungsfähigkeit von Lebewesen. Beim Menschen sowie anderen Säugetieren werden Fremdstoffe hauptsächlich von den nukleären Rezeptoren PXR und CAR in der Leber und im Dünndarm detektiert. Zu den Medikamenten, welche über PXR und CAR wirken, gehören unter anderem Antikonvulsiva, Statine, antiretrovirale Medikamente, Glucocorticoide sowie Antimykotika. Die durch Fremdstoffe aktivierten Transkriptionsfaktoren PXR und CAR steigern die Menge der Enzyme und Transporter des Fremdstoffmetabolismus. Hierzu zählen vor allem die Cytochrom P450-Enzyme (Cyp-Enzyme) mit breitem Substratspektrum oder der Transporter MDR1, welcher eine Vielzahl von Substraten über Membranen transportiert. Durch die Biotransformation werden die induzierenden, lipophilen Substanzen so modifiziert, dass sie leichter über den Urin oder die Galle ausgeschieden werden können. \r\nDie Dauer der Induktion sollte auf die Zeit der Fremdstoffexposition beschränkt sein, um Störungen des endogenen Stoffwechsels zu vermindern. In dieser Arbeit werden jedoch Hinweise auf dauerhafte und sogar generationsübergreifende Effekte von Medikamenten in Mäusen geliefert. Nachkommen von Müttern, welche bereits vor ihrer Verpaarung einmalig mit TCPOBOP, einem Liganden des murinen CAR, injiziert wurden, hatten eine ungefähr 100-fach gesteigerte Genexpression von Cyp2b10. Auch gab es Expressionsänderungen von Genen, deren Produkte eine Rolle im Lipidstoffwechsel sowie bei Immunkrankheiten spielen. Eine Hochdurchsatz-RNA-Sequenzierung der injizierten Elterngeneration ergab außerdem dauerhafte Expressionsveränderungen anderer Gene des Medikamentenstoffwechsels sowie von Genen mit Verbindung zum Energiemetabolismus. \r\nBerücksichtigt man die enge evolutionäre Verwandtschaft der nukleären Rezeptoren CAR und PXR, sind Langzeitveränderungen auch für PXR möglich und wurden im Verlauf dieser Arbeit ebenfalls untersucht. Eine Hochdurchsatz-Sequenzierung ergab für Mäuse, welche mit dem PXR-Aktivator PCN induziert wurden, dass selbst noch drei Monate nach der Exposition Gene verändert exprimiert waren, welche im Zusammenhang mit Lebernekrosen stehen. Bei Nachkommen von PCN-injizierten Müttern wurden Gene unterschiedlich exprimiert, welche eine Rolle bei der Energiehomöostase sowie im Glukosestoffwechsel spielen. Im Erwachsenenalter sind bei diesen Nachkommen darüber hinaus noch Gene unterschiedlich exprimiert, deren Produkte eine Funktion in der Immunantwort haben. \r\nDa Erwachsene aufgrund ihrer Lebensdauer sowie der absoluten Krankheitshäufigkeit wesentlich öfter Kontakt mit Fremdstoffen haben, war medizinisch von besonderem Interesse, ob anhaltende Genexpressionsänderungen auch bei Erwachsenen zu beobachten sind. So konnte im Rahmen dieser Arbeit gezeigt werden, dass auch einmalig exponierte Adulttiere Gene dauerhaft verändert exprimieren und die Veränderungen im Medikamentenstoffwechsel an die nächste Generation übertrugen. \r\n\r\nBisher sind klinische Studien zur Risikobewertung von Medikamenten (Pharmakovigilanz) nicht generationsübergreifend angelegt. Diese Arbeit gibt Anstöße dafür, dass dies in Zukunft für viel mehr Medikamente notwendig werden könnte. Neben Veränderungen im Medikamentenstoffwechsel ergeben sich Nebenwirkungen von PXR- und CAR-Liganden vor allem aus ihrer Beteiligung an endogenen Stoffwechselwegen. Nach Aktivierung von CAR, welcher viele metabolische Stoffwechselwege steuert, treten beispielsweise Störungen des Energiestoffwechsels auf. Ein tieferes Verständnis der Rezeptoraktivität von CAR samt einer gezielten Modulierung seiner Aktivität würde wichtige Beiträge zum Verständnis der Regulation des Fremdstoffmetabolismus sowie der Entstehung von Nebenwirkungen durch eine Behandlung mit CAR-Liganden leisten. Dauerhafte Veränderungen endogener Stoffwechselwege könnten dann möglicherweise über eine pharmakologische Modulierung der CAR-Aktivität reduziert werden. \r\nZu diesem Zweck wurden im Verlauf dieser Arbeit die CAR-Rezeptoren der Amphibien (Xenopus tropicalis, Xenopus laevis) und Reptilien (Anolis carolinensis) erstmals kloniert, als Proteine exprimiert und charakterisiert. Vergleiche zwischen Tierarten ermöglichen ein besseres Verständnis von humanen Proteinen. Funktionelle Analysen ergaben Ähnlichkeiten des Xenopus laevis-CAR mit dem PXR der Säugetiere: eine niedrige basale Aktivität sowie eine starke Induzierbarkeit durch Liganden. In weiteren funktionellen Analysen wurden die Determinanten der basalen Aktivität des Xenopus laevis-CAR untersucht. Die basale Aktivität war nicht abhängig von der subzellulären Lokalisation, sondern ergab sich aus der Proteinstruktur, welche nur beim CAR der Landvertebraten in einer aktiven Konformation fixiert ist. Ähnlich dem PXR der Säugetiere besitzt CAR der Amphibien eine Aktivierungsdomäne, welche erst durch Ligandenbindung in eine aktive Konformation gebracht wird. Mutationen einzelner Aminosäuren zum jeweils humanen Homolog erhöhten die basale Aktivität des Xenopus laevis-CAR auf die des humanen Rezeptors. Diese Mutanten mit erhöhter basalen Aktivität zeigten eine verstärkte Interaktion mit dem Kofaktor PGC-1a, einem Regulator des Energiestoffwechsels bei Säugetieren. Die hepatischen Zielgene des CAR der Amphibien überlappen zum Teil mit den humanen Zielgenen und spielen ebenfalls eine Rolle im Energiestoffwechsel.

Identification of a fibronectin interaction site in the extracellular matrix protein ameloblastin

Mammalian teeth are composed of hydroxyapatite crystals that are embedded in a rich extracellular matrix. This matrix is produced by only two cell types, the mesenchymal odontoblasts and the ectodermal ameloblasts. Ameloblasts secrete the enamel proteins amelogenin, ameloblastin, enamelin and amelotin. Odontoblasts secrete collagen type I and several calcium-binding phosphoproteins including dentin sialophosphoprotein, dentin matrix protein, bone sialoprotein and osteopontin. The latter four proteins have recently been grouped in the family of the SIBLINGs (small integrin-binding ligand, N-linked glycoproteins) because they display similar gene structures and because they contain an RGD tripeptide sequence that binds to integrin receptors and thus mediates cell adhesion. We have prepared all the other tooth-specific proteins in recombinant form and examined whether they might also promote cell adhesion similar to the SIBLINGs. We found that only ameloblastin consistently mediated adhesion of osteoblastic and fibroblastic cells to plastic or titanium surfaces. The activity was dependent on the intact three-dimensional structure of ameloblastin and required de novo protein synthesis of the adhering cells. By deletion analysis and in vitro mutagenesis, the active site could be narrowed down to a sequence of 13 amino acid residues (VPIMDFADPQFPT) derived from exon 7 of the rat ameloblastin gene or exons 7-9 of the human gene. Kinetic studies and RNA interference experiments further demonstrated that this sequence does not directly bind to a cell surface receptor but that it interacts with cellular fibronectin, which in turn binds to integrin receptors. The identification of a fibronectin-binding domain in ameloblastin might permit interesting applications for dental implantology. Implants could be coated with peptides containing the active sequence, which in turn would recruit fibronectin from the patient's blood. The recruited fibronectin should then promote cell adhesion on the implant surface, thereby accelerating osseointegration of the implant.

Mutagenesis and computer modeling studies of a GPCR conserved residue W5.43(194) in ligand recognition and signal transduction for CB2 receptor

W5.43(194), a conserved tryptophan residue among G-protein coupled receptors (GPCRs) and cannabinoid receptors (CB), was examined in the present report for its significance in CB2 receptor ligand binding and adenylyl cyclase (AC) activity. Computer modeling postulates that this site in CB2 may be involved in the affinity of WIN55212-2 and SR144528 through aromatic contacts. In the present study, we reported that a CB2 receptor mutant, W5.43(194)Y, which had a tyrosine (Y) substitution for tryptophan (W), retained the binding affinity for CB agonist CP55940, but reduced binding affinity for CB2 agonist WIN55212-2 and inverse agonist SR144528 by 8-fold and 5-fold, respectively; the CB2 W5.43(194)F and W5.43(194)A mutations significantly affect the binding activities of CP55940, WIN55212-2 and SR144528. Furthermore, we found that agonist-mediated inhibition of the forskolin-induced cAMP production was dramatically diminished in the CB2 mutant W5.43(194)Y, whereas W5.43(194)F and W5.43(194)A mutants resulted in complete elimination of downstream signaling, suggesting that W5.43(194) was essential for the full activation of CB2. These results indicate that both aromatic interaction and hydrogen bonding are involved in ligand binding for the residue W5.43(194), and the mutations of this tryptophan site may affect the conformation of the ligand binding pocket and therefore control the active conformation of the wild type CB2 receptor. W5.43(194)Y/F/A mutations also displayed noticeable enhancement of the constitutive activation probably attributed to the receptor conformational changes resulted from the mutations.

Influence of GABA(A) receptor α subunit isoforms on the benzodiazepine binding site

Classical benzodiazepines, such as diazepam, interact with α(x)β(2)γ(2) GABA(A) receptors, x = 1, 2, 3, 5 and modulate their function. Modulation of different receptor isoforms probably results in selective behavioural effects as sedation and anxiolysis. Knowledge of differences in the structure of the binding pocket in different receptor isoforms is of interest for the generation of isoform-specific ligands. We studied here the interaction of the covalently reacting diazepam analogue 3-NCS with α(1)S204Cβ(2)γ(2), α(1)S205Cβ(2)γ(2) and α(1)T206Cβ(2)γ(2) and with receptors containing the homologous mutations in α(2)β(2)γ(2), α(3)β(2)γ(2), α(5)β(1/2)γ(2) and α(6)β(2)γ(2). The interaction was studied using radioactive ligand binding and at the functional level using electrophysiological techniques. Both strategies gave overlapping results. Our data allow conclusions about the relative apposition of α(1)S204Cβ(2)γ(2), α(1)S205Cβ(2)γ(2) and α(1)T206Cβ(2)γ(2) and homologous positions in α(2), α(3), α(5) and α(6) with C-atom adjacent to the keto-group in diazepam. Together with similar data on the C-atom carrying Cl in diazepam, they indicate that the architecture of the binding site for benzodiazepines differs in each GABA(A) receptor isoform α(1)β(2)γ(2), α(2)β(2)γ(2), α(3)β(2)γ(2), α(5)β(1/2)γ(2) and α(6)β(2)γ(2).

Probing The Active And Allosteric Binding Sites Of Soybean Lipoxygenase-1

Soybean lipoxygenase-1 is a model for lipoxygenase activity. While the mechanism of oxygenation is understood, the substrate binding mechanism has not yet been elucidated. Two putative binding mechanisms are the ¿head-first¿ and ¿tail-first¿ models, in which the carboxy-terminus or the methyl terminus of the fatty acid substrate is inserted into the active site while the remainder of the molecule protrudes from the surface, respectively. Previous work has demonstrated that derivatization of fatty acid substrates with D-tryptophan increases active site affinity. It has also been shown that while polyunsaturated fatty acids are the natural substrates of lipoxygenases, monounsaturated fatty acids can be oxygenated at a much slower rate. Starting with a monounsaturated fatty acid, oleic acid, as a platform, the molecule N-oleoyl-D-tryptophan (ODT) was synthesized with the anticipation of it being a potent competitive substrate-analogue inhibitor that could be used to discern the substrate binding mechanism. Inhibition kinetics demonstrated that this molecule functions as a partially competitive inhibitor, through an unknown mechanism. The implication behind partially competitive inhibition is that substrate and inhibitor molecules can bind simultaneously to the enzyme, which alludes to the presence of an allosteric binding domain. To investigate the possibility of an inhibitor binding site on the non-catalytic subunit, limited proteolysis was used to cleave the subunits apart which should have eliminated inhibition. Interestingly, it was observed that at high substrate concentrations the inhibitor was completely ineffective, but at low substrate concentrations the inhibitor maintained its standard efficacy. A satisfactory explanation for these results has not yet been determined.

Covalent modification of GABAA receptor isoforms by a diazepam analogue provides evidence for a novel benzodiazepine binding site that prevents modulation by these drugs

Classical benzodiazepines, for example diazepam, interact with alpha(x)beta(2)gamma(2) GABA(A) receptors, x = 1, 2, 3, 5. Little is known about effects of alpha subunits on the structure of the binding pocket. We studied here the interaction of the covalently reacting diazepam analog 7-Isothiocyanato-5-phenyl-1,3-dihydro-2H-1,4-benzodiazepin-2-one (NCS compound) with alpha(1)H101Cbeta(2)gamma(2) and with receptors containing the homologous mutation, alpha(2)H101Cbeta(2)gamma(2), alpha(3)H126Cbeta(2)gamma(2) and alpha(5)H105Cbeta(2)gamma(2). This comparison was extended to alpha(6)R100Cbeta(2)gamma(2) receptors as this mutation conveys to these receptors high affinity towards classical benzodiazepines. The interaction was studied at the ligand binding level and at the functional level using electrophysiological techniques. Results indicate that the geometry of alpha(6)R100Cbeta(2)gamma(2) enables best interaction with NCS compound, followed by alpha(3)H126Cbeta(2)gamma(2), alpha(1)H101Cbeta(2)gamma(2) and alpha(2)H101Cbeta(2)gamma(2), while alpha(5)H105Cbeta(2)gamma(2) receptors show little interaction. Our results allow conclusions about the relative apposition of alpha(1)H101 and homologous positions in alpha(2), alpha(3), alpha(5) and alpha(6) with the position occupied by -Cl in diazepam. During this study we found evidence for the presence of a novel site for benzodiazepines that prevents modulation of GABA(A) receptors via the classical benzodiazepine site. The novel site potentially contributes to the high degree of safety to some of these drugs. Our results indicate that this site may be located at the alpha/beta subunit interface pseudo-symmetrically to the site for classical benzodiazepines located at the alpha/gamma interface.