In silico Vorhersage von Kleinmolekül-Liganden für Klasse Frizzled GPCRs und Untersuchung der strukturellen Basis von FZD Signalwegen

• Antragstellerin: Dr. Magdalena M. Scharf
• Fachliche Zuordnung: Pharmakologie ; Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Pharmazie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 470002134

In dem beschriebenen Projekt werden Rezeptoren aus einer Unterfamilie der Superfamilie der G-Protein gekoppelten Rezeptoren (GPCRs), den Klasse Frizzled (Klasse F) GPCRs, untersucht werden. Diese Unterfamilie besteht aus zehn Frizzled (FZD) Formen und Smoothened (SMO), wobei erstere hier von Interesse sind. Dabei liegt der Hauptfokus auf der Entdeckung und Charakterisierung neuartiger Kleinmolekül-Liganden unter Anwendung einer kombinierten Herangehensweise von in silico und in vitro Methoden. Repräsentative Mitglieder der vier FZD Homologie-Cluster (FZD4, FZD5, FZD6 und FZD7) werden in Docking-Screens mit großen Molekülbibliotheken adressiert werden, um neuartige Kleinmolekül-Liganden für diese Rezeptoren zu finden. Im weiteren Verlauf werden die potentiellen Liganden, die aus diesen Screens ausgewählt wurden, in zellbasierten in vitro Assays bezüglich ihrer Affinität, der Aktivierung des Rezeptors und Rekrutierung von Effektorproteinen sowie der Stimulierung der FZD Signalwege charakterisiert werden. Des Weiteren wird die Selektivität der Liganden bezüglich verschiedener FZDs untersucht. Basierend auf den Ergebnissen können Struktur-Aktivitäts-Studien aufgebaut werden, um einen besseren Einblick in den Zusammenhang zwischen Protein-Ligand-Interaktionen und der Affinität sowie Wirkung der Liganden gewinnen zu können. Die resultierenden neuartigen Liganden werden für weitere Untersuchungen von FZDs und ihren Signalwegen genutzt werden. Einblicke in die rationale Modulation von FZD Signalwegen durch die Liganden können des Weiteren von Bedeutung in der Wirkstoffentwicklung und dem generellen Verständnis von FZDs sein. Darüber hinaus werden in dem beschriebenen Projekt die Mechanismen der Rekrutierung und Interaktionen der Effektorproteine Dishevelled (DVL) und heterotrimerer G-Proteine mit FZDs näher untersucht werden. Auch hier werden zunächst in silico Methoden wie Molekulardynamische Simulationen angewendet werden, um zu beleuchten, welche Rezeptor Konformationen zur Rekrutierung welches Effektorproteins führen. Zunächst werden diese Simulationen in Komplex mit Kleinmolekül-Liganden durchgeführt werden, können im weiteren Verlauf jedoch möglicherweise auf die endogenen Liganden der Wingless/Int-1 (WNT) Familie ausgeweitet werden. Hypothesen, die aus diesen Betrachtungen resultieren, werden in zellbasierten in vitro Assays weiter untersucht und bestätigt werden. Ergebnisse aus diesem Projektteil können einen Beitrag zum Verständnis liefern, wie FZD Konformationen stabilisiert werden, die zur Rekrutierung bestimmter Effektorproteine führen, und wie ein Rekrutierungsbias zwischen DVL und G-Proteinen zu erklären und zu modulieren ist.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Schweden
• Gastgeber: Professor Gunnar Schulte, Ph.D.