Date of Award

4-2022

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Molecular Biology and Biotechnology

Department

Biology

First Advisor

Dr. Ranjit Vijayan

Abstract

γ-aminobutyric acid (GABA) type A receptor (GABAAR) is a pentameric ligand gated ion channel and a member of the Cys-loop superfamily. It is targeted by several clinically significant allosteric modulators. The role of individual subunits of the receptor has been very extensively studied. However, the exact molecular pathway upon which the receptor is activated remains elusive. The main objective of this study was to probe the molecular activation pathway for the orthosteric GABA and to understand how two of the most well-established positive (PAM) and negative (NAM) allosteric modulators tend to modulate the receptor. Three independent long scale (500 ns) molecular dynamic simulations were used to probe the early state GABAAR activation pathway with GABA, in addition to the PAM, diazepam, and the NAM, methyl 6,7-dimethoxy-4-ethyl-β-carboline-3-carboxylate (DMCM). The study elucidated the role of α1 helices in determining the orthosteric site-wise preference. Moreover, it revealed a major role of α1 helices in controlling receptor activation through the modulation of loop 2 and B-loop. Interestingly, both diazepam and DMCM were found to modulate the receptor mainly through the α1 helices. However, the positional differences of diazepam and DMCM at the well-established unified pharmacophore model has greatly impacted their allosteric nature. These findings enhance our understanding of this complex macromolecular drug target and could facilitate the design of more efficacious allosteric modulators in the future.

Arabic Abstract


تقییم حاسوبي للتضمین التفارغي لمستقبلات GABAA

مستقبلات γ-aminobutyric acid (GABA) النوع A ھي عبارة عن قناة أیونیة خماسیة وعضو في عائلة Cys-loop . إن ھذا المُستقبلِ مستھدف من العدید من المُعدِلّات التفارغیة المھمة سریریًا. حتى الآن، تمت دراسة دور المكونات الفردیة للوحدات على نطاق واسع. ومع ذلك، فإن المسار الجزیئي الدقیق الذي یتم من خلاله تنشیط المسُتقبلِ یظل مبھم جداً. الھدف الرئیسي من ھذه الدراسة ھو استكشاف مسار التنشیط الجزیئي التقویمي لـ GABA وفھم كیفیة تأیر اثنتان من أكثر المعدلات التفارغية الایجابیة (PAM) والسلبیة (NAM) على ھذا المُستقبلِ. تم استخدام ثلاث عملیات محاكاة دینامیكیة جزیئیة مستقلة (500 ns) طویلة المدى لاستكشاف مسار تنشیط GABAAR في الحالة المبكرة باستخدام GABA، بالإضافة إلى المعدل الخیفي الایجابي؛ الدیازیبام والمعدل الخیفي السلبي؛ ميثيل 6،7- ثنائي میثوكسي -4- إیثیل- β - كاربولین -3- كربوكسیلات (DMCM). أوضحت الدراسة دور حلزونات 1 αفي تحديد التفضیل المتعامد من حیث الموقع. علاوة على ذلك، كشفت عن دور رئیسي لحلزونات 1 αفي التحكم في تنشیط المستقبلات من خلال تعديل 2 loop وB-loop. ومن المثیر للاھتمام، أنه كل من الدیازیبام و DMCM یأثرون على المستقبل بشكل رئیسي من خلال حلزونات 1 α. ومع ذلك، فإن الاختلافات الموضعیة بین الدیازیبام و DMCM في نموذج الصیدلاني الموحد الراسخ قد أثرت بشكل كبیر على طبیعتھا الخیفیة. تعزز ھذه النتائج فھمنا لمثل ھذا الھدف الدوائي الجزیئي المعقد ویجب أن تسھل تصمیم مُعدِلّات خیفیةّ أكثر فعالیة في المستقبل.

Download
COinS