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探究非典型抗精神病药物与选择性 D 多巴胺受体结合的结合景观和分子识别机制。

Probing Binding Landscapes and Molecular Recognition Mechanisms of Atypical Antipsychotic Drugs towards the Selective Targeting of D Dopamine Receptor.

机构信息

Molecular Bio-computation and Drug Design Laboratory School of Health Sciences, University of KwaZulu-Natal, Westville Campus, Durban, 4001, South Africa.

出版信息

Mol Inform. 2019 Nov;38(11-12):e1900044. doi: 10.1002/minf.201900044. Epub 2019 Aug 21.

DOI:10.1002/minf.201900044
PMID:31433121
Abstract

Dopamine receptors constitute a unique class of G-protein coupled receptors that mediate the activities of dopamine, a neurotransmitter implicated in diverse neurological diseases when dysregulated. Over the years, antipsychotic drugs have been primarily directed towards D dopamine receptor (DRD2) while associable adverse effects have been centred on non-selective targeting. The recent crystal structure of DRD2 in complex with atypical antipsychotic could further aid the structure-based design of highly DRD2-selective antipsychotics. Therefore, in this study, we comprehensively investigate the molecular recognition and differential binding landscapes of class-I and II DRD2 atypical antipsychotics, using membrane-bilayer molecular dynamics simulation and binding free energy techniques. Findings revealed that selected class-I antipsychotics exhibited binding dynamics and poses dissimilar to the class-II types with different interactive mechanisms at the binding cavity of DRD2. More interestingly, the class-II drugs established a highly coordinated binding at the DRD2 active site with a pertinent and recurrent involvement of Asp114 via strong hydrogen interactions. Furthermore, while these compounds exert distinct effects on DRD2 structure, findings revealed that the class-II types favourably engaged the deep hydrophobic pocket of DRD2 compared to the class-I drugs. We speculate that these findings will be fundamental to the discovery of highly selective DRD2 antipsychotics.

摘要

多巴胺受体是一类独特的 G 蛋白偶联受体,介导多巴胺的活性,多巴胺是一种神经递质,当其失调时与多种神经疾病有关。多年来,抗精神病药物主要针对 D 多巴胺受体(DRD2),而与之相关的不良反应主要集中在非选择性靶向上。最近 DRD2 与非典型抗精神病药物复合物的晶体结构可以进一步帮助基于结构的高度选择性 DRD2 抗精神病药物的设计。因此,在这项研究中,我们使用膜双层分子动力学模拟和结合自由能技术,全面研究了 I 类和 II 类 DRD2 非典型抗精神病药物的分子识别和差异结合景观。研究结果表明,选定的 I 类抗精神病药物与 II 类药物的结合动力学和构象不同,与 DRD2 结合腔内的相互作用机制也不同。更有趣的是,这些 II 类药物在 DRD2 的活性部位建立了高度协调的结合,通过强氢键作用使 Asp114 反复参与其中。此外,尽管这些化合物对 DRD2 结构有不同的影响,但研究结果表明,与 I 类药物相比,II 类药物更有利于 DRD2 的深疏水性口袋。我们推测这些发现将对高度选择性 DRD2 抗精神病药物的发现具有重要意义。

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