Los conjuntos de unión de ligandos determinan las eficacias de agonistas graduales en un receptor acoplado a proteínas G

Los receptores acoplados a proteínas G constituyen la familia más grande de receptores de membrana y modulan casi todos los procesos fisiológicos en humanos. La unión de agonistas a los receptores acoplados a proteínas G induce un cambio de conformaciones de receptor inactivas a activas. Estudios biofísicos del equilibrio dinámico de los receptores sugieren que una porción de los receptores puede permanecer en estados inactivos incluso en presencia de concentraciones saturantes de agonista y mimético de proteína G. Sin embargo, los detalles moleculares de los receptores inactivos unidos a agonistas son poco comprendidos. Aquí usamos el modelo de agonistas bitópicos ortostéricos/alostericos (es decir, dualstericos) para los receptores muscarínicos M2 para demostrar la existencia y función de dichos complejos agonista·receptor inactivos a nivel molecular. Usando simulaciones de dinámica molecular de átomos completos, dinófotos (es decir, una combinación de farmacóforos tridimensionales estáticos y muestreo conformacional basado en dinámica molecular), diseño de ligandos y mutagénesis de receptores, mostramos que los complejos agonista·receptor inactivos pueden resultar de la unión del agonista solo al vestíbulo alostérico, mientras que el modo de unión dualstérico produce receptores activos. Cada agonista forma un conjunto de unión de ligandos distinto, y diferentes eficacias de agonistas dependen de la fracción de modos de unión puramente alostéricos (es decir, inactivos) frente a dualstéricos (es decir, activos). Proponemos que este concepto puede explicar por qué los complejos agonista·receptor pueden ser inactivos y que adoptar múltiples modos de unión puede generalizarse también a pequeños agonistas donde los modos de unión serán solo sutilmente diferentes y confinados a un solo sitio de unión.