Verwendung von Ortholog und Paralog Unterschieden zur Identifizierung von Mechanismen der Polyspezifität des organischen Kationentransporters OCT1

• Antragstellerin: Dr. Marleen J. Meyer-Tönnies
• Fachliche Zuordnung: Pharmakologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521444400

Der organische Kationentransporter 1 (OCT1) ist stark in der sinusoidalen Membran menschlicher Hepatozyten exprimiert. OCT1 ist polyspezifisch. Seine Substrate sind strukturell variable Arzneistoffe und endogene Substanzen. Die zugrundeliegenden Mechanismen, die diese Polyspezifität vermitteln, sind unbekannt. Ein besseres Verständnis dieser Mechanismen wird uns helfen, neue Substrate und Inhibitoren vorherzusagen, sowie die substratspezifischen Wirkungen häufiger OCT1 Genvarianten und die physiologische Relevanz von OCT1 im Allgemeinen besser zu bewerten. OCT1 Orthologe zeigen starke, substratabhängige Unterschiede in ihrer Transportkinetik, welche zur Untersuchung der Mechanismen der OCT1 Polyspezifität verwendet werden können. In unseren früheren Arbeiten haben wir bis zu 10-fache Unterschiede in der Transportaffinität zwischen menschlichem und Maus OCT1 beobachtet. Mittels chimären Mensch-Maus-Proteinen, gefolgt von site-directed Mutagenese, waren wir in der Lage, mehrere Aminosäuren zu identifizieren, die für diese Hauptextreme in der Transportkinetik verantwortlich sind. In diesem Projekt werden wir diese Strategie auf weitere Orthologe und auf die Paraloge des menschlichen OCT1 ausweiten. Dies ermöglicht uns die Analyse von 272 zusätzlichen Aminosäurepositionen (49 % des gesamten Proteins) und sollte uns helfen, zusätzliche substratspezifische Interaktionen mit OCT1 zu identifizieren. In einem hypothesenfreien Ansatz werden wir versuchen, Unterschiede in der Transportkinetik ausgewählter Substrate zwischen neun Säuger OCT1 Orthologen und den drei menschlichen OCT Paralogen zu identifizieren. Dann werden wir chimäre Proteine verwenden, gefolgt von site-directed Mutagenese, um einzelne Aminosäuren zu lokalisieren, die die beobachteten Unterschiede vermitteln. Schließlich werden wir den Transport von strukturell sehr ähnlichen Substanzen vergleichen, um Ligandenstrukturen zu identifizieren, die für die substratspezifischen Interaktionen mit OCT1 wichtig sind. Wir werden 23 Substrate verwenden, die zu den Klassen der β2-Adrenergika, Biguanide, Tropanalkaloide und n-Tetraakylammonia-Verbindungen gehören. In einem unabhängigen, hypothesengetriebenen Ansatz werden wir die Effekte bereits bekannter Schlüsselaminosäuren zwischen ausgewählten OCT1 Orthologen und Paralogen vergleichen. Zusätzlich zu einem besseren Verständnis der Mechanismen der OCT1 Polyspezifität wird dieses Projekt auch (i) die Hochskalierung von OCT1-Daten von präklinischen Tiermodellen auf den Menschen ermöglichen und den Weg für die Einbeziehung von OCT1 in die präklinische Arzneimittelentwicklung ebnen. Es wird (ii) Daten über die Rolle von OCT1 und seinen Paralogen in der Pharmakokinetik von in der Veterinärmedizin verwendeten Arzneimitteln liefern, (iii) eine bessere Übertragung von Erkenntnissen aus der neuen Cryo-EM-Struktur von OCT3 auf OCT1 ermöglichen und (iv) helfen, die vorhandenen Daten von 3D-Strukturmodellen auf andere Substrate und Spezies zu erweitern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen