化合物(78862)增强hGlyR的功能并具有潜在治疗hyperekplexia的作用

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目的:惊恐综合症(“hyperekplexia”或“startle disease”或“exaggerated startle disease”,OMIM:149400)是一种少见的神经系统疾病,主要表现为对外界触碰刺激及声音刺激的过强反应。这种神经系统疾病可因中枢性睡眠呼吸暂停或心肺衰竭而突然死亡,临床上表现为当遇到突然的触碰及声音刺激时,患者出现不可抑制的眨眼、躯干痉挛、短暂的全身僵硬及跌倒,严重者会突然死亡。目前已知至少有5种基因的突变导致该病发作,包括:GLRA1,GLRB,SLC6A5, GPHN和 ARHGEF9,这些基因编码的蛋白对甘氨酸能神经元(Glycinergic neuron)突触功能至关重要。其中GLRA1编码hGlyRα1亚基上至少30个错义突变、无义突变及移码突变与惊恐综合症密切相关,而且发生在α1亚基上的突变一般是显性遗传。目前为止,人类还没有找到能有效治疗这种疾病的方法,源头创新,寻找新的药物就成为防治这种疾病的有效措施。  基于In silico建立受体结构的电脑模型,通过molecular docking的方法设计与受体蛋白相互作用的小分子化合物是目前用来设计药物的常用方法,这种以计算机模型及算法为基础的药物筛选模式,比高通量筛选(high-through screening,HTS)节省实验室成本并提高准确性。根据hGlyRα1亚基同聚体突变造成甘氨酸受体功能障碍,抑制性递质系统受损,运动神经元过度兴奋后导致hyperekplexia的病理生理机制,我们希望通过研究,能寻找到可恢复甘氨酸受体功能的小分子化合物,作为治疗 hyperekplexia潜在药物,并通过对筛选出的小分子化合物的结合位点的研究,探讨小分子化合物与受体相结合的具体机制,为hyperekplexia药物设计提供新的策略。  材料和方法:1.构建含有wild-type hGlyRα1亚基的质粒,将质粒DNA与pcDNA3.0-eGFP共转染至HEK293细胞,应用单细胞膜片钳技术,筛选能增强wild-type hGlyRα1亚基介导的离子通道电流的化合物。  2.从筛选出的小分子化合物中选择作用最强的化合物,研究化合物的作用特征。在HEK293细胞中表达wild-type hGlyRα1亚基,观察加入或不加入化合物时,不同浓度的激动剂glycine诱导电流的变化即剂量-反应曲线以及相同浓度的激动剂 glycine,在不同化合物浓度下(0.01 mM、0.5 mM、0.1 mM、1 mM、10 mM、100 mM)诱导电流的剂量-反应曲线。  3.根据 molecular docking的预测结果,我们将参与化合物(78862)和 hGlyRα1受体蛋白结合的可能位点利用 site-directed mutagenesis突变技术进行突变后,与 pcDNA3.0-eGFP共转染至HEK293细胞后,观察化合物对受体突变后glycine诱导电流的影响。  4.hGlyRα1 R271Q突变体是目前研究最广泛、与hyperekplexia有关的致病突变,R271位于TM区,突变后严重破坏hGlyR的功能。我们构建含hGlyRα1 R271Q突变体的质粒,将其与pcDNA3.0-eGFP共转染至HEK293细胞,观察化合物是否能恢复hGlyR的功能。  结果:1.我们找到了四种化合物能增强HEK293细胞转染野生型(wild-type,WT)hGlyRα1亚基后激动剂glycine诱导的电流(Igly)。  2.四种化合物中作用最强的化合物(78862)明显减少 HEK293细胞表达wild-type hGlyRα1亚基后glycine诱导电流的EC50值,由(73.87±12.9)μM减少至(32.82±7.91)μM,而且化合物(78862)对相同浓度glycine诱导电流的增强作用呈剂量依赖性。  3.基于molecular docking的预测和不同的突变测试结果,我们发现 hGlyRα1受体蛋白S296位点可能是化合物(78862)与该受体结合的重要位点。  4. hGlyRα1 R271Q突变体严重破坏GlyR的功能,化合物(78862)可以恢复,至少部分恢复GlyR功能。
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