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Titelaufnahme

Titel
Thermodynamische Analyse der Ligandenbindung an Neurotransmittertransporter der SLC6-Familie / eingereicht von Avelino Kuran
Weitere Titel
Thermodynamic analysis of ligand binding to neurotransmittertransporters of SLC6-family
Verfasser / VerfasserinKuran, Avelino Stefan
GutachterFreissmuth, Michael
Erschienen2019
Umfang54 Blatt ; b
HochschulschriftMedizinische Universität Wien, Diplomarb., 2019
Anmerkung
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Datum der AbgabeJanuar 2019
SpracheDeutsch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Thermodynamik / SERT / SSRI / Imipramin / Citalopram / Noribogain / PCA / Enthalpie / Entropie / van't Hoff
Schlagwörter (EN)Thermodynamic / SERT / SSRI / Imipramine / Citalopram / Noribogaine / PCA / Enthalpie / Entropie / van't Hoff
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-18904 Persistent Identifier (URN)
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Thermodynamische Analyse der Ligandenbindung an Neurotransmittertransporter der SLC6-Familie [1.61 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Neurotransmitter-Transporter der solute-carrier-6 (SLC6)-Familie sind im ZNS weit verbreitet. Ihre primäre Funktion ist die Rückaufnahme von in den synaptischen Spalt freigesetzten Neurotransmittern wie zum Beispiel Dopamin, Serotonin, Noradrenalin, Glyzin und GABA. Bei zahlreichen psychiatrischen Erkrankungen liegt eine Fehlregulation der serotonergen Neurotransmission nachgewiesenermaßen vor oder diese wird auf Grund von experimentellen Hinweisen und laborchemischen Befunden vermutet. Daher steht der Serotonintransporter (SERT) im Zentrum des Interesses, weil seine Aktivität ein bestimmender Faktor für die serotonerge Neurotransmission ist. Die Thermodynamik der Ligandenbindung erlaubt Rückschlüsse auf die Energielandschaft, die konformationellen Übergängen zugrunde liegt. Aus diesem Grund wurde in dieser Diplomarbeit die Bindung von unterschiedlichen Liganden an SERT bei verschiedenen Temperaturen untersucht: Die ausgewählten Liganden waren Imipramin (ein Vertreter der trizyklischen Antidepressiva), S-Citalopram (ein Vertreter der selektiven Serotoninrückaufnahmehemmer/SSRI), Noribogain (ein Inhibitor, der an die einwärts-gerichtete Konformation von SERT bindet) und para-Chloramphetamin (PCA, ein Substrat). Die Affinität dieser Substanzen wurde in Radioligandenbindungsversuchen bestimmt, die bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt wurden. Durch die temperaturabhängigen Affinitätsveränderungen ließen sich die treibenden thermodynamischen Kräfte berechnen. Es zeigte sich, dass sich diese bei den ausgewählten Substanzen deutlich voneinander unterschieden. Die Bindung von Imipramin und Noribogain war rein Enthalpie-getrieben und ging mit einer energetisch ungünstigen Entropieabnahme einher. Die Bindung von S-Citalopram und PCA war zu 60% Enthalpie-getrieben und zu 40% Entropie-bedingt. Es zeigten sich somit thermodynamische Unterschiede eines trizyklischen Antidepressivums (TCA) von einem selektiven Serotonin-Rückaufnahme-Inhibitor (SSRI). Diese Unterschiede lassen vermuten, dass die Bindung von Imipramin und Noribogain im Vergleich zu S-Citalopram und PCA zu stärkeren Konformationsänderungen des Serotonintransporters führen. Bei Noribogain lässt sich dies durch die bekannte Stabilisierung des Transporters in der inward facing conformation erklären. Die Unterschiede von Imipramin und S-Citalopram deuten an, dass die Pharmaka oder SERT nach Bindung unterschiedlich rigide sind. Die Thermodynamik der Bindung ist unter anderem auch dann interessant, wenn Substanzen auf ihre Aktivität als Pharmakochaperone untersucht werden, d.h. inwieweit sie in der Lage sind, die Faltung von Monoamintransportern und vor allem faltungsdefizienten Mutanten dieser Transporter-Klasse zu unterstützen.

Zusammenfassung (Englisch)

The monoamine neurotransmitters dopamine, serotonin and norepinephrine are retrieved from the synaptic cleft by transporters, which belong to SLC6 (solute carrier 6). In the brain, serotonergic neurons reside mainly in the raphe nuclei, which project their axons diffusely to essentially all other areas of the brain. Accordingly, serotonin modulates many higher brain functions including mood and motivation. Blockage of the serotonin transporter and the resulting change in serotoninergic neurotransmission has been employed as a therapeutic strategy to treat several psychiatric disorders, in particular depression. Because of its prominent role as a drug target, SERT has a rich pharmacology. The binding site is understood in considerable detail, because crystal structures of SERT are available. However, it is not clear, how the binding site can accommodate very different chemical structures. In the current thesis, the problem was approached by a thermodynamic analysis of the binding reaction: prototypical ligands, i.e. imipramine (a tricyclic antidepressant, TCA), S-citalopram (a selective serotonin reuptake inhibitor, SSRI), noribogaine (a ligand, which traps SERT in the inward facing conformation) and para-chloroamphetamine (PCA, a substrate) were allowed to compete for radioligand binding assays at different temperatures. The thermodynamic driving forces of each binding reaction were calculated by examining the temperature-dependent change of affinities in a vant Hoff plot. The thermodynamic driving forces differed: binding of imipramine and of noribogaine was purely enthalpy-driven and was accompanied by an energetically unfavourable decrease in entropy. Binding of S-citalopram and of PCA had both an enthalpy-driven (60%) and an entropy-driven componnet (40%). The differences can be accounted for by assuming more pronounced conformational changes induced or stabilized by imipramine and noribogaine. These result in a larger entropic penalty compared to the conformational change accompanying binding of S-citalopram and of PCA. For noribogaine, this can be explained through the stabilization of the inward facing conformation. The differences between imipramine and S-Citalopram can be explained by differences in the rigidity of the ligand or of SERT after the binding reaction. The insights obtained in this thesis are of interest to understanding how SERT ligands differ in their ability to act as pharmacochaperones in stabilizing conformational intermediates of SERT and of folding-deficient mutants of SERT and related transporters.

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