Mapping the Molecular Determinants of Positive Allosteric Modulators of the mGlu2 Receptor

Abstract

Glutamato é o principal neurotransmissor excitatório no cérebro, sendo bastante importante em várias funções do sistema nervoso central. Alterações no sistema glutamatérgico estão envolvidas em doenças como esquizofrenia e ansiedade. Tem vindo a ser demonstrado que a activação de receptores mGlu2 reduz a transmissão glutamatérgica nas regiões cerebrais associadas a estas doenças. Por esta mesma razão, a activação destes receptores tem sido alvo de investigação para desenvolvimento de novas técnicas terapêuticas, especialmente com o uso de modeladores alostericos positivos (PAMs); estes modeladores ligam-se a uma zona do receptor diferente do local de ligação do glutamato. Dado que a área de estudo dos PAM do receptor mGlu2 se encontra em expansão e o primeiro ensaio clínico está a decorrer é bastante importante obter mais informacão sobre o correcto local de ligacão destes ligandos. Esta informacão também pode suportar e facilitar os esforços da investigação química. Com o objectivo de identificar os aminoácidos responsáveis pela interação entre os PAMs e o receptor mGlu2, foi efectuada modulação molecular e docking de PAMs de receptores mGlu2 em paralelo com mutagénese dirigida. Nos receptores mGlu2 mutantes foi avaliado o impacto das mutações na actividade e afinidade dos PAMs. Este estudo confima a importância de aminoácidos previamente demonstrados como importantes na actividade de PAMs estruturalmente diferentes nestes receptores. É tambem demonstrado que adicionais aminoácidos seleccionados com base na comparação de sequencias entre mGlu2/3 parecem não ser importantes na actividade dos PAMs. A informação obtida neste estudo tambem demonstra que a actividade dos modeladores testados é reduzida devido à diminuição da afinidade de ligação. Toda esta informação oferece um melhor entendimento sobre o ‘binding pocket’ para PAMs do receptor mGlu2.

Glutamate is the major excitatory neurotransmitter in the brain and plays an important role in a wide variety of central nervous system functions. Alterations in the glutamatergic system are involved in disorders like schizophrenia and anxiety. It has been shown that activation of the metabotropic glutamate 2 receptor reduces the glutamatergic transmission in brain regions associated with these disorders. Therefore, activation of mGlu2 receptor is being pursued as a novel therapeutic approach, specially using positive allosteric modulators (PAMs), which bind to a site other than that of the endogenous mGlu2 receptor agonist glutamate. Since the field of mGlu2 PAMs is expanding and the first clinical studies are ongoing with mGlu2 PAMs, it will be important to get more insight into the actual binding site of these ligands. This knowledge may also facilitate and support future chemistry endeavors. In order to identify the amino acids important for the activity of mGlu2 PAMs, homology modeling and docking of mGlu2 receptor PAMs were performed in parallel with site-directed mutagenesis. Mutant mGlu2 receptors were generated and the impact of these mutations on activity and affinity of PAMs was evaluated. This study confirms the importance of several amino acids previously shown as crucial for the activity of structurally diverse mGlu2 receptor PAMs. It furthermore demonstrates that additional amino acids that were selected based on mGlu2/3 comparison did not seem to be important for PAM activity. Our data also suggest that their activity is reduced due to lower binding affinity. All this sheds further light on the mGlu2 PAM binding pocket.