Agonist Binding to Chemosensory Receptors: A Systematic Bioinformatics Analysis
Creators
- 1. Forschungszentrum Jülich
- 2. University of Verona
- 3. Heinrich Heine University Düsseldorf
- 4. Life & Brain (Germany)
- 5. University of Bonn
- 6. University of Basel
- 7. RWTH Aachen University
- 8. Vietnam National University, Hanoi
- 9. VNU University of Science
Description
Human G-protein coupled receptors (hGPCRs) constitute a large and highly pharmaceutically relevant membrane receptor superfamily. About half of the hGPCRs' family members are chemosensory receptors, involved in bitter taste and olfaction, along with a variety of other physiological processes. Hence these receptors constitute promising targets for pharmaceutical intervention. Molecular modeling has been so far the most important tool to get insights on agonist binding and receptor activation. Here we investigate both aspects by bioinformatics-based predictions across all bitter taste and odorant receptors for which site-directed mutagenesis data are available. First, we observe that state-of-the-art homology modeling combined with previously used docking procedures turned out to reproduce only a limited fraction of ligand/receptor interactions inferred by experiments. This is most probably caused by the low sequence identity with available structural templates, which limits the accuracy of the protein model and in particular of the side-chains' orientations. Methods which transcend the limited sampling of the conformational space of docking may improve the predictions. As an example corroborating this, we review here multi-scale simulations from our lab and show that, for the three complexes studied so far, they significantly enhance the predictive power of the computational approach. Second, our bioinformatics analysis provides support to previous claims that several residues, including those at positions 1.50, 2.50, and 7.52, are involved in receptor activation.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تشكل المستقبلات المقترنة ببروتين G البشري (hGPCRs) عائلة مستقبلات غشائية كبيرة وذات صلة صيدلانية عالية. حوالي نصف أفراد عائلة HGPCRs هم مستقبلات حسية كيميائية، تشارك في الطعم المر والشم، إلى جانب مجموعة متنوعة من العمليات الفسيولوجية الأخرى. ومن ثم تشكل هذه المستقبلات أهدافًا واعدة للتدخل الصيدلاني. كانت النمذجة الجزيئية حتى الآن أهم أداة للحصول على رؤى حول ربط الناهضات وتنشيط المستقبلات. نحن هنا نحقق في كلا الجانبين من خلال التنبؤات القائمة على المعلوماتية الحيوية عبر جميع مستقبلات الطعم المر والرائحة التي تتوفر لها بيانات الطفرات الموجهة للموقع. أولاً، نلاحظ أن نمذجة التماثل الحديثة جنبًا إلى جنب مع إجراءات الالتحام المستخدمة سابقًا تبين أنها تعيد إنتاج جزء محدود فقط من تفاعلات الربيطة/المستقبلات التي تستنتجها التجارب. ويرجع ذلك على الأرجح إلى هوية التسلسل المنخفض مع القوالب الهيكلية المتاحة، مما يحد من دقة نموذج البروتين وعلى وجه الخصوص اتجاهات السلاسل الجانبية. قد تؤدي الطرق التي تتجاوز أخذ العينات المحدودة من المساحة التركيبية للرسو إلى تحسين التنبؤات. كمثال يؤكد ذلك، نستعرض هنا عمليات المحاكاة متعددة المقاييس من مختبرنا ونظهر أنه بالنسبة للمجمعات الثلاثة التي تمت دراستها حتى الآن، فإنها تعزز بشكل كبير القوة التنبؤية للنهج الحسابي. ثانيًا، يوفر تحليلنا للمعلوماتية الحيوية دعمًا للادعاءات السابقة بأن العديد من المخلفات، بما في ذلك تلك الموجودة في المواضع 1.50 و 2.50 و 7.52، تشارك في تنشيط المستقبلات.Translated Description (French)
Les récepteurs couplés aux protéines G humaines (hGPCR) constituent une grande superfamille de récepteurs membranaires hautement pertinents sur le plan pharmaceutique. Environ la moitié des membres de la famille des hGPCR sont des récepteurs chimiosensoriels, impliqués dans le goût amer et l'olfaction, ainsi que dans une variété d'autres processus physiologiques. Ces récepteurs constituent donc des cibles prometteuses pour une intervention pharmaceutique. La modélisation moléculaire a été jusqu'à présent l'outil le plus important pour obtenir des informations sur la liaison aux agonistes et l'activation des récepteurs. Nous étudions ici les deux aspects par des prédictions basées sur la bioinformatique pour tous les récepteurs du goût amer et des odeurs pour lesquels des données de mutagénèse dirigée sont disponibles. Tout d'abord, nous observons que la modélisation homologique de pointe combinée à des procédures d'amarrage précédemment utilisées s'est avérée ne reproduire qu'une fraction limitée des interactions ligand/récepteur déduites par les expériences. Ceci est probablement dû à la faible identité de séquence avec les modèles structurels disponibles, ce qui limite la précision du modèle protéique et en particulier des orientations des chaînes latérales. Les méthodes qui transcendent l'échantillonnage limité de l'espace conformationnel d'amarrage peuvent améliorer les prédictions. À titre d'exemple corroborant cela, nous passons ici en revue les simulations multi-échelles de notre laboratoire et montrons que, pour les trois complexes étudiés jusqu'à présent, ils améliorent considérablement le pouvoir prédictif de l'approche computationnelle. Deuxièmement, notre analyse bioinformatique fournit un soutien aux affirmations précédentes selon lesquelles plusieurs résidus, y compris ceux aux positions 1.50, 2.50 et 7.52, sont impliqués dans l'activation des récepteurs.Translated Description (Spanish)
Los receptores acoplados a la proteína G humana (hGPCR) constituyen una superfamilia de receptores de membrana grande y altamente relevante desde el punto de vista farmacéutico. Aproximadamente la mitad de los miembros de la familia de los hGPCR son receptores quimiosensoriales, involucrados en el sabor amargo y el olfato, junto con una variedad de otros procesos fisiológicos. Por lo tanto, estos receptores constituyen dianas prometedoras para la intervención farmacéutica. El modelado molecular ha sido hasta ahora la herramienta más importante para obtener información sobre la unión de agonistas y la activación de receptores. Aquí investigamos ambos aspectos mediante predicciones basadas en bioinformática en todos los receptores de sabor amargo y odorantes para los que se dispone de datos de mutagénesis dirigida al sitio. En primer lugar, observamos que el modelado de homología del estado de la técnica combinado con los procedimientos de acoplamiento utilizados anteriormente resultó reproducir solo una fracción limitada de las interacciones ligando/receptor inferidas por los experimentos. Lo más probable es que esto se deba a la baja identidad de secuencia con los moldes estructurales disponibles, lo que limita la precisión del modelo de proteínas y, en particular, de las orientaciones de las cadenas laterales. Los métodos que trascienden el muestreo limitado del espacio conformacional de acoplamiento pueden mejorar las predicciones. Como ejemplo que corrobora esto, revisamos aquí las simulaciones multiescala de nuestro laboratorio y mostramos que, para los tres complejos estudiados hasta ahora, mejoran significativamente el poder predictivo del enfoque computacional. En segundo lugar, nuestro análisis bioinformático respalda las afirmaciones anteriores de que varios residuos, incluidos los de las posiciones 1.50, 2.50 y 7.52, están involucrados en la activación del receptor.Files
pdf.pdf
Files
(1.1 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:c7325968bc4e52723ebd6fee322f6a4d
|
1.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- ربط الناهض بالمستقبلات الحسية الكيميائية: تحليل المعلوماتية الحيوية المنهجي
- Translated title (French)
- Liaison des agonistes aux récepteurs chimiosensoriels : une analyse bioinformatique systématique
- Translated title (Spanish)
- Unión de agonistas a receptores quimiosensoriales: un análisis bioinformático sistemático
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2753108409
- DOI
- 10.3389/fmolb.2017.00063
References
- https://openalex.org/W10263192
- https://openalex.org/W119515473
- https://openalex.org/W128210498
- https://openalex.org/W1480311381
- https://openalex.org/W1483715699
- https://openalex.org/W1496676716
- https://openalex.org/W1508885706
- https://openalex.org/W1515847803
- https://openalex.org/W1599277155
- https://openalex.org/W1601065938
- https://openalex.org/W1743440094
- https://openalex.org/W1822784852
- https://openalex.org/W1833104430
- https://openalex.org/W1883725909
- https://openalex.org/W1916270780
- https://openalex.org/W1944653288
- https://openalex.org/W1966716734
- https://openalex.org/W1967887064
- https://openalex.org/W1969178941
- https://openalex.org/W1969201146
- https://openalex.org/W1970613671
- https://openalex.org/W1970628351
- https://openalex.org/W1970742848
- https://openalex.org/W1971149989
- https://openalex.org/W1971409743
- https://openalex.org/W1971480498
- https://openalex.org/W1973838813
- https://openalex.org/W1974734322
- https://openalex.org/W1976258716
- https://openalex.org/W1978310995
- https://openalex.org/W1978990274
- https://openalex.org/W1979010452
- https://openalex.org/W1979686694
- https://openalex.org/W1981882286
- https://openalex.org/W1982955132
- https://openalex.org/W1984030577
- https://openalex.org/W1985588649
- https://openalex.org/W1990205700
- https://openalex.org/W1990374554
- https://openalex.org/W1993316321
- https://openalex.org/W1993677150
- https://openalex.org/W1993910870
- https://openalex.org/W1998481523
- https://openalex.org/W1999613945
- https://openalex.org/W2000046288
- https://openalex.org/W2003620627
- https://openalex.org/W2004360551
- https://openalex.org/W2005174659
- https://openalex.org/W2005336569
- https://openalex.org/W2006393322
- https://openalex.org/W2007606010
- https://openalex.org/W2011120951
- https://openalex.org/W2011483153
- https://openalex.org/W2012056998
- https://openalex.org/W2014821335
- https://openalex.org/W2014952106
- https://openalex.org/W2015426350
- https://openalex.org/W2015753430
- https://openalex.org/W2016220977
- https://openalex.org/W2016877626
- https://openalex.org/W2021580832
- https://openalex.org/W2021750784
- https://openalex.org/W2022121958
- https://openalex.org/W2023152271
- https://openalex.org/W2028645925
- https://openalex.org/W2029935550
- https://openalex.org/W2033906450
- https://openalex.org/W2034333506
- https://openalex.org/W2034518661
- https://openalex.org/W2038573621
- https://openalex.org/W2041061691
- https://openalex.org/W2042475399
- https://openalex.org/W2042615414
- https://openalex.org/W2042791996
- https://openalex.org/W2046241020
- https://openalex.org/W2047137638
- https://openalex.org/W2047458612
- https://openalex.org/W2048215121
- https://openalex.org/W2050695633
- https://openalex.org/W2053324328
- https://openalex.org/W2061050909
- https://openalex.org/W2063829100
- https://openalex.org/W2067944019
- https://openalex.org/W2073338384
- https://openalex.org/W2073809097
- https://openalex.org/W2074732360
- https://openalex.org/W2077553389
- https://openalex.org/W2080575434
- https://openalex.org/W2082667898
- https://openalex.org/W2085385227
- https://openalex.org/W2087616070
- https://openalex.org/W2088327462
- https://openalex.org/W2089227897
- https://openalex.org/W2089885047
- https://openalex.org/W2091296140
- https://openalex.org/W2093826299
- https://openalex.org/W2095239427
- https://openalex.org/W2097186487
- https://openalex.org/W2097404580
- https://openalex.org/W2098023343
- https://openalex.org/W2100905275
- https://openalex.org/W2102998045
- https://openalex.org/W2107998520
- https://openalex.org/W2109014958
- https://openalex.org/W2109254532
- https://openalex.org/W2110772590
- https://openalex.org/W2111580238
- https://openalex.org/W2113786559
- https://openalex.org/W2114367386
- https://openalex.org/W2114783676
- https://openalex.org/W2115576466
- https://openalex.org/W2117030594
- https://openalex.org/W2120336439
- https://openalex.org/W2121477971
- https://openalex.org/W2122332643
- https://openalex.org/W2123256571
- https://openalex.org/W2128918945
- https://openalex.org/W2132629607
- https://openalex.org/W2134967712
- https://openalex.org/W2135668486
- https://openalex.org/W2137263528
- https://openalex.org/W2137311570
- https://openalex.org/W2138008597
- https://openalex.org/W2140637843
- https://openalex.org/W2141885858
- https://openalex.org/W2145268834
- https://openalex.org/W2148598721
- https://openalex.org/W2148871843
- https://openalex.org/W2149904479
- https://openalex.org/W2153867853
- https://openalex.org/W2153983456
- https://openalex.org/W2155088613
- https://openalex.org/W2159413546
- https://openalex.org/W2159463368
- https://openalex.org/W2161117545
- https://openalex.org/W2162751934
- https://openalex.org/W2163394542
- https://openalex.org/W2163644873
- https://openalex.org/W2164088236
- https://openalex.org/W2166330500
- https://openalex.org/W2167086539
- https://openalex.org/W2168986606
- https://openalex.org/W2169702025
- https://openalex.org/W2170471837
- https://openalex.org/W2171647677
- https://openalex.org/W2176516200
- https://openalex.org/W2191870413
- https://openalex.org/W2253221874
- https://openalex.org/W2258645267
- https://openalex.org/W2296213825
- https://openalex.org/W2305146627
- https://openalex.org/W2333157756
- https://openalex.org/W2341291930
- https://openalex.org/W2412283747
- https://openalex.org/W2419167184
- https://openalex.org/W2463173616
- https://openalex.org/W2467056049
- https://openalex.org/W2487515929
- https://openalex.org/W2509928882
- https://openalex.org/W2509946680
- https://openalex.org/W2520075163
- https://openalex.org/W2543342371
- https://openalex.org/W2565965794
- https://openalex.org/W2579869862
- https://openalex.org/W2581187728
- https://openalex.org/W2581429909
- https://openalex.org/W2589330732
- https://openalex.org/W2602384428
- https://openalex.org/W2602490433
- https://openalex.org/W2613102394
- https://openalex.org/W2724925522
- https://openalex.org/W2883755802
- https://openalex.org/W33701561
- https://openalex.org/W35537551
- https://openalex.org/W4210400672
- https://openalex.org/W4211232835
- https://openalex.org/W4251954412
- https://openalex.org/W613445223
- https://openalex.org/W817511805
- https://openalex.org/W85488062
- https://openalex.org/W88161901