生姜中辛辣化合物激活TRPV1的结构机制研究

发布时间：2020-11-02 02:30

　　 目的:TRPV1(瞬时受体电位香草素1)通道是细胞膜上非选择性阳离子通道,可以参与生物体内的多种生理病理过程,尤其在痛觉产生与传导以及痛觉敏感性增强等方面发挥重要作用,已经成为镇痛药的新靶标。辣椒主要成分之一的辣椒素能够给人以辛辣的感觉,作为TRPV1的特异性激动剂,其激活TRPV1受体的分子机制已经通过一系列的实验得到了验证。与辣椒相似,生姜也可以通过其香草素化合物有效成分激活伤害性TRPV1离子通道而传导刺激性反应。尽管目前用于探索香草素类似物激活TRPV1分子机制的相关技术相当成熟,但这些化合物如何与TRPV1相互作用仍不清楚。鉴于此,我们对生姜中辛辣化合物激活TRPV1的结构机制进行了相关研究。方法:在本研究中,我们主要使用计算结构建模和分子对接来预测生姜化合物中可能与TRPV1通道产生相互作用的关键氨基酸残基,之后通过功能验证方法,主要通过电生理技术和活细胞钙成像技术两种方法以及点突变相结合的方法研究配体化合物与TRPV1通道相互作用的结构机制。结果:1.生姜中三种代表性香草素化合物均可以激活野生型TRPV1通道(6-姜烯醇:EC_(50)=1.4±0.1μM;6-姜酚:EC_(50)=2.9±0.3μM;姜酮:EC_(50)=2.6±0.9mM),且辣椒素类似物辣椒平可以竞争性地拮抗生姜化合物对TRPV1的激活。2.钙成像的实验结果表明当对野生型mTRPV1进行T551V和E571A两个残基的点突变时,会使生姜化合物激活TRPV1通道的EC_(50)值明显增大,激活曲线向右移动,说明T551和E571也是生姜化合物与TRPV1通道相互作用的关键残基。3.电生理的实验结果进一步验证了T551和E571两个残基是生姜化合物与TRPV1通道产生相互作用的关键位点。4.分子对接的结果表明T551与E571确实可以与生姜中三种有效成分产生相互作用,并且发现姜酮与T671残基可能存在不同于辣椒素的新的相互作用。因此,我们将T671点突变后进行了膜片钳验证实验。结果显示虽然辣椒素激活T671S与野生型相似,但姜酮激活T671S突变体的EC_(50)明显增大。结论:三种主要的生姜辛辣化合物即姜烯醇、姜酚、姜酮与TRPV1通道的结合方式与辣椒中的辛辣化合物—辣椒素非常相似,即与T551和E571两个氨基酸残基形成两个氢键而稳定其结合构象。分子对接结果显示包括“头朝下,尾朝上”的配体结合取向,以及两个特定的氢键和脂肪族尾部的范德华相互作用的重要贡献均与辣椒素相同。上述发现在分子层面上解释了生姜化合物中独特的分子结构影响通道激活的机制。另外,我们发现了一种与辣椒素结合模式截然不同的崭新的相互作用模式。当姜酮与通道的配体结合口袋结合后,这种新的作用模式可以使姜酮直接与通道孔区结合。本研究所阐明的TRPV1-姜复合物的结构机制将为调节疼痛药物的研发提供理论依据。
【学位单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS201.2
【部分图文】：

图 1.辣椒素和生姜辛辣化合物的结构比较A. 辣椒素结合口袋的放大视图，显示辣椒素-TRPV1 相互作用的结构模型。辣椒素分子用粉红色来表示，颈部和头部形成氢键的基团分别以红色和橙色显示。TRPV1 以米色显示，辣椒素与两个残基，T551 和 E571 形成氢键，分别以红色和橙色突出显示。 B. 辣椒素、6-姜烯醇、6 姜酚和姜酮的化学结构。所有四种化合物都具有香草基部分并且在结构上相似，不同之处在于颈部和尾部侧链。

图 1.辣椒素和生姜辛辣化合物的结构比较辣椒素结合口袋的放大视图，显示辣椒素-TRPV1 相互作用的结构模型。辣椒素分子色来表示，颈部和头部形成氢键的基团分别以红色和橙色显示。TRPV1 以米色显示，与两个残基，T551 和 E571 形成氢键，分别以红色和橙色突出显示。 B. 辣椒素、6-6 姜酚和姜酮的化学结构。所有四种化合物都具有香草基部分并且在结构上相似，在于颈部和尾部侧链。

. 生姜化合物与辣椒素结合口袋结合为了研究生姜化合物激活 mTRPV1 的结构机制，我们首先测试了生否与辣椒素一样竞争相同的配体结合口袋，辣椒素的的位置已在低温电子密度图中被清楚地识别出[8,9]。以此为目的，我们测试了生姜化TRPV1 是否可以被辣椒平竞争性拮抗，辣椒平是一种已知的 TRPV其可与辣椒素竞争相同的配体结合位点，这一点在低温冷冻电镜中已使用活细胞钙成像，我们证实了三种生姜化合物对 mTRPV1 通道的以被辣椒平有效拮抗（图 3）。前期研究表明，辣椒平的结合部分是由551 残基的氢键介导的[37]。类似的相互作用也有助于辣椒素与颈部区结合[11,12]，其在生姜化合物中是保守的。我们接下来的实验结果进551 和另一种形成氢键的残基 E571 对于生姜化合物激活 TRPV1 是至基于生姜化合物和辣椒素之间的结构相似性，我们进行了一系列功能特异性配体-宿主相互作用。
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本文编号：2866445