阻害受容体上のゲルシウムアルカロイドの分子薬理学

インドールアルカロイドは、ゲルセミウム属植物の主要な生物活性分子です。多様な報告により、中枢神経系（CNS）の病理学的状態に対するゲルセミウムアルカロイドの有益な作用が示されています。それにもかかわらず、ゲルセミウムアルカロイドは哺乳類に対して毒性があります。現在まで、CNSでのゲルシウムアルカロイドの生物学的作用の根底にある分子標的は、あまり定義されていないままです。機能的研究により、ゲルセミンはグリシン受容体（GLYRS）およびGABAA受容体（GABAARS）のモジュレーターであり、これはCNSのリガンド依存性イオンチャネルであると判断されました。ゲルセミウムアルカロイドとこれらのチャネル間の相互作用に関与する分子および物理化学的決定因子は、まだ定義されていません。電気生理学的記録とバイオインフォマティックなアプローチを使用して、コウミン、ゲルセミン、ゲルセビリン、およびハマンテンマインとこれらのイオンチャネルの間の薬理学的プロファイルと分子相互作用を決定しました。α1サブユニットで構成されるGlyrsは、KoumineとGelsevirine（それぞれ31.5±1.7および40.6±8.2μmのIC50）によって阻害されましたが、Humantenmineは検出可能な活性を示しませんでした。α2サブユニットとα3サブユニットで構成されるGlyrsの検査では、同様の結果が示されました。同様に、GabaarsはKoumineによって阻害され、Humantenmineに鈍感でした。キメラおよび変異したGlyrsによるさらなるアッセイにより、オルソステリック部位内の細胞外ドメインと残基がアルカロイド効果に重要であることが示されましたが、薬物型モデリングは機能的変調のためのアルカロイドの物理化学的特徴を明らかにしました。我々の研究は、抑制受容体に関する4つの主要なゲルシウムインドールアルカロイドの分子決定因子と機能的作用に関する新しい情報を提供し、これらのタイプの化合物とCNSのタンパク質標的との相互作用に関する知識を拡大します。

Indole alkaloids are the main bioactive molecules of the Gelsemium genus plants. Diverse reports have shown the beneficial actions of Gelsemium alkaloids on the pathological states of the central nervous system (CNS). Nevertheless, Gelsemium alkaloids are toxic for mammals. To date, the molecular targets underlying the biological actions of Gelsemium alkaloids at the CNS remain poorly defined. Functional studies have determined that gelsemine is a modulator of glycine receptors (GlyRs) and GABAA receptors (GABAARs), which are ligand-gated ion channels of the CNS. The molecular and physicochemical determinants involved in the interactions between Gelsemium alkaloids and these channels are still undefined. We used electrophysiological recordings and bioinformatic approaches to determine the pharmacological profile and the molecular interactions between koumine, gelsemine, gelsevirine, and humantenmine and these ion channels. GlyRs composed of α1 subunits were inhibited by koumine and gelsevirine (IC50 of 31.5 ± 1.7 and 40.6 ± 8.2 μM, respectively), while humantenmine did not display any detectable activity. The examination of GlyRs composed of α2 and α3 subunits showed similar results. Likewise, GABAARs were inhibited by koumine and were insensitive to humantenmine. Further assays with chimeric and mutated GlyRs showed that the extracellular domain and residues within the orthosteric site were critical for the alkaloid effects, while the pharmacophore modeling revealed the physicochemical features of the alkaloids for the functional modulation. Our study provides novel information about the molecular determinants and functional actions of four major Gelsemium indole alkaloids on inhibitory receptors, expanding our knowledge regarding the interaction of these types of compounds with protein targets of the CNS.