The LSD-bound 5-HT_2B receptor

1. Введение

Общая характеристика

Организм: Homo sapiens и Escherichia coli

Цепь: А

Длина: 402 а.о.

Теоритический вес: 45,23 KDa

Названия гена: HTR2B, cybC

5-HT_2B-рецептор — белок одного из подтипов серотониновых рецепторов подсемейства 5-HT2-рецепторов и служит для связывания нейромедиатора серотонина (5-гидрокситриптамина, 5-HT).¹

Идентификаторы:

PDB ID: 5TVN
Uniprot ID: P41595

Функциональная роль

Биологический процесс: сигнальный путь рецептора, сопряжённого с G-белком ²

Расположение в клетке: интегральный компонент плазматической мембраны

5-HT_2B представляет собой метаботропный рецептор, действующий на фосфолипазу С и приводящий к усилению гидролиза фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата и повышению внутриклеточной концентрации кальция.³ 5-HT_2B – важнейший возбуждающий серотониновый рецептор.

Cердечно-сосудистые эффекты активации 5-HT_2B:

легочная вазоконстрикция (сужение просвета кровеносных сосудов)
изменения формы тромбоцитов
регулирует структуру и функции сердечной мышцы⁴

Центральные эффекты активации 5-HT_2B:

сенсибилизация нейронов к тактильным стимулам
опосредование некоторых эффектов галлюциногенов, в частности замещённых амфетаминов
пресинаптическое ингибирование
поведенческие эффекты ⁵

Реализация функции на уровне структуры

Рисунок 2. Строение рецептора 5-HT2B, связанного с ЛСД ⁶

На рисунке 2 изображено общее строение 5-HT2B рецептора, связанного с ЛСД. Спирали белка пронумерованы в соответствии с номенклатурой GPCR рецепторов. ЛСД изображен в виде шаростержневой модели с атомами углерода, азота и кислорода, окрашенными в пурпурный, синий и красный цвета соответственно. На ЛСД наложена полупрозрачная поверхность соединения.

LSD прикрепляется к 5-HT2B рецептору консервативным солевым мостиком в спирали III и основным азотом эрголина, взаимодействие, которое постоянно наблюдается в структурах аминергических рецепторов.⁶

Рисунок 3. Крупным планом LSD и ортостерический сайт связывания рецептора с мембраной. ⁶

Рисунок 4. Крупным планом LSD и ортостерический сайт связывания рецептора из внеклеточного пространства. ⁶

Рисунок 5. 2D-представление LSD, эрготамина и 5-гидрокситриптамина (5-HT/серотонин). ⁶

LSD принадлежит к классу эрголинов, таких как эрготамин, и содержит диэтиламидный заместитель (выделен голубым), связанный с эрголиновым каркасом (выделен желтым), который представляет собой эрголиновую систему. Эрголины содержат триптаминовое ядро (выделено темно-синим), как и 5-гидрокситриптамин (5-HT/серотонин). Взаимодействие между LSD и рецептором в кармане связывания лиганда показано водородными связями между D135 и основным азотом LSD (обозначена темно-желтыми штрихами) и G221 и индольным азотом LSD (обозначена красными штрихами). ⁶

Эрголиновая система LSD занимает ортостерический карман, который образует узкую щель, выстланную в основном гидрофобными боковыми цепями остатков в спиралях III, V, VI и VII. Такая щель характерна для большинства рецепторов биогенных аминов. Эрголиновая кольцевая система LSD образует прямые ароматические контакты с консервативными фенилаланинами (F340 , F341) в спирали VI и водородные связи с основной цепью G221 в спирали V. Диэтиламидная группа LSD связывается в щели между спиралями II, III и VII, где одна этильная группа образует неполярные контакты с L132 и W131, а другая этильная группа простирается к L362. ⁶

При взаимодействии с ЛСД основной (ортостерический) активный центр рецептора претерпевает конформационные изменения, чтобы «принять» молекулу вещества. При связывании ЛСД с 5-HT2B рецептором одна из внеклеточных петель рецепторной молекулы формирует своеобразную крышку, которая «запечатывает» молекулу вещества в активном центре рецептора. Скорее всего, именно с этим связана длительность действия ЛСД и его эффективность в относительно малых дозах. ⁷

Положение относительно мембраны

Положение белка относительно мембраны было определено с помощью банка PDBTM и банка MemProtMD.

Рисунок 6. Визуализация расположения белка из банка PDBTM

Рисунок 7. Визуализация расположения белка из банка MemProtMD

На рисунке 6 части белка раскрашены в желтый, розовый, бирюзовый и зеленый цвета в зависимости от положения относительно плазматической мембраны:

EEMKQIVEEQGNK LHWAALLILMVIIPTIGGNTLVI LAVSLEKKLQYATNYF LMSLAVADLLVGLFVMPIALLTIMF EAMW PLPLVLCPAWLFLDVLFSTASIWHLCAISV DRYIAIKKPIQANQYNSRATAFI KITVVWLISIGIAIPVPIKGI ETNPNNITCVLTKER FGDFMLFGSLAAFFTPLAIMIVTYFL TIHALQKKAADLEDNWETLNDNLKVIEKADNAAQVKDAL TKMRAAALDAQKATPPKLEPEMKDFRHGFDIL VGQIDDALKLANEGKVKEAQAAAEQLKTTRNAYIQKYLVQTISNEQRASKV LGIVFFLFLLMWCPFFITNITLVLC DSCNQTTL QMLLEIFVWIGYVSSGVNPLVYT LFN KTFRDAFGRY ITCNYR ⁸

На рисунке 7 красным цветом обозначена часть белка, которая располагается в плазматической мембране

Описание низкомолекулярных лигандов в составе комплекса

Таблица 1

Лиганд	Функция
Фосфат-ион	точная функция неизвестна, возможно выполняет структурную функцию, способствует распознаванию субстрата белком
Диэтиленгликоль	точная функция неизвестна, возможно является мостиком между цепями, поддерживая его третичную структуру
Холестерол	входит в состав плазматической мембраны, следовательно, является примесью
Глицерил моноолеат	входит в состав плазматической мембраны, следовательно, является примесью
ЛСД	является неизбирательным агонистом (одинаковое сродство к человеческим рецепторам 5-HT2A и исследуемому 5-HT2B)⁹

Физико-химические характеристики лигандов

Таблица 2

Лиганд	Название по IUPAC	Химическая формула	Брутто-формула	Молярная масса	Идентификатор в PubChem
Фосфат-ион	phosphate	[O-]P(=O)([O-])[O-]	O₄P^-3	94.971 г/моль	Идентификатор в PubChem (1061)
Диэтиленгликоль	2-(2-hydroxyethoxy)ethanol	C(COCCO)O	C₄H₁₀O₃	106.12 г/моль	Идентификатор в PubChem (8117)
Холестерол	(3β)-cholest-5-en-3-ol	CC(C)CCCC(C)C1CCC2C1 (CCC3C2CC=C4C3(CCC(C4)O)C)C	C₂₇H₄₆O	386,65 г/моль	Идентификатор в PubChem (5997)
Глицерил моноолеат	[(2R)-2,3-dihydroxypropyl] (Z)-octadec-9-enoate	CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(=O)OCC(CO)O	C₂₁H₄₀O₄	356.5 г/моль	Идентификатор в PubChem (11451146)
N,N-диэтиламид лизергиновой кислоты (ЛСД)	(6aR,9R)-N,N-diethyl-7-methyl-4,6,6a,7,8,9-hexahydroindolo[4,3-fg]quinoline-9-carboxamide	CCN(CC)C(=O)C1CN (C2CC3=CNC4=CC=CC(=C34)C2=C1)C	C₂₀H₂₅N₃O	323.43 г/моль	Идентификатор в PubChem (5761)

Jmol

	скрипт
Ligands with protein
	скрипт
	скрипт
	скрипт
	скрипт
Ligands alone
	скрипт
	скрипт
	скрипт
	скрипт
	скрипт
Hbonds
	скрипт
	скрипт
Salt bridge
	скрипт
	скрипт
Stacking
	скрипт
	скрипт
Sulfide bridge
	скрипт
Hydrofobic core
	скрипт

Ligands' contacts
	скрипт
	скрипт
	скрипт
	скрипт
	скрипт

Обсуждение

Солевые мостики

Найденные аминокислоты, которые возможно могли образовать солевые мостики, были проверены с помощью ресурса pic.

Таблица 3.

Position	Residue	Chain	Position	Residue	Chain
1034	ARG	A	1073	ASP	A
152	ASP	A	175	LYS	A

Стэкинг

Найденные аминокислоты, которые возможно могли образовать стэкинг взаимодействие, были проверены с помощью ресурса pic.

Таблица 4. Aromatic-Aromatic Interactions within 4.5 and 7 Angstroms

Position	Residue	Chain	Position	Residue	Chain	D(centroid-centroid)	Dihedral Angle
330	PHE	A	380	TYR	A	5.52	152.82
138	PHE	A	180	TRP	A	6.14	80.42

Дисульфидные мостики

Аминокислоты, которые образуют дисульфидные мостики, были найдены с помощью ресурса pic.

Таблица 5. Intraprotein Disulphide Bridges

Position	Residue	Chain	Position	Residue	Chain	Distance
128	CYS	A	207	CYS	A	2.03

Гидрофобное ядро

В качестве гидрофобного ядра белка был выбран аминокислотный остаток фенилаланин. Поверхность гидрофобного ядра почти полностью покрывается окружающими его атомами на расстоянии 4 Å. Из этого можно также сделать вывод о расстоянии между центрами двух не связанных ковалентно атомов белка – это расстояние приблизительно равно 4 Å. Для того, чтобы понять, поместится ли молекула воды (атом кислорода) в гидрофобном ядре, нужно посчитать расстояние между краями двух атомов, удаленных друг от друга на 4 Å. Минимальный Ван-дер-Ваальсовый радиус – радиус атома кислорода (1.4 Å). Для этого нужно из 4 Å вычесть удвоенный радиус атома кислорода (4-1.4*2=1.2). Полученное расстояние (1.2 Å) меньше, чем Ван-дер-Ваальсовый радиус атома кислорода. Таким образом, молекула воды не поместится между соседними атомами в белке.

Взаимодействие с лигандами

1. ЛСД

ЛСД имеет гидрофобные взаимодействия и стекинг с аминокислотами белка. Подробное описание представлено в пунке Реализация функции на уровне структуры.

2. Холестерол

Холестерол образует гидрофобные взаимодействия с алифатическими аминокислотами: с 1 глицином, с 2 лейцинами и с 4 лейцинами

3. Фосфат-ион

Фосфат образует водородные связи с аргинином и глутамином

4. Диэтиленгликоль

Диэтиленгликоль образует гидрофобные взаимодействия с 2 тирозинами, 2 фенилаланинами, валином и лейцином.

5. Глицерил моноолеат

Глицерил моноолеат образует гидрофобные взаимодействия с 3 тирозинами, 3 лейцинами и 3 фенилаланинами.

Личный вклад

Таня Пономарева: верстка сайта, общая х-ка, функциональная роль, положение относительно мембраны, лиганды

Даша Ягода:реализация функции на уровне структуры

Надя Бурмистрова:скрипты для лигандов с белком, водородных связей, солевых мостиков, стэкинга, дисульфидных мостиков

Источники

1.Общая информация о рецепторе ссылка

2.Биологическая функция ссылка

3.Общая информация о функциях рецептора ссылка

4.Nebigil C.G., Hickel P., Messaddeq N., Vonesch J.L., Douchet M.P., Monassier L., György K., Matz R., Andriantsitohaina R., Manivet P., Launay J.M., Maroteaux L. Ablation of serotonin 5-HT(2B) receptors in mice leads to abnormal cardiac structure and function journal. — Lippincott Williams & Wilkins (англ.)русск., 2001. — June (vol. 103, no. 24). — P. 2973—2979.

5.Doly S., Valjent E., Setola V., Callebert J., Hervé D., Launay J.M., Maroteaux L. Serotonin 5-HT2B receptors are required for 3,4-methylenedioxymethamphetamine-induced hyperlocomotion and 5-HT release in vivo and in vitro// J. Neurosci.: journal. — 2008. — March (vol. 28, no. 11). — P. 2933—2940

6.Реализация функции на уровне структуры ссылка

7.Реализация функции на уровне структуры ссылка

8.Банк PDBTM ссылка

9.Информация о лиганде 7LD ссылка

The LSD-bound 5-HT2B receptor