Homology modeling of histamine H3 receptor

Niniejsza praca we wstępie zawiera krótki opis mechanizmu, na jakim opiera się przekazywanie sygnału przez GPCR. Następnie w szerszym zakresie opisano podział receptorów 7TM na klasy wraz z ich charakterystyką, a także obecny stan wiedzy dotyczący dostępnych struktur krystalicznych. W nawiązaniu do tematu pracy opisane zostały metody modelowania struktur białkowych ze szczególnym uwzględnieniem metody modelowania homologicznego. Dalszą część pracy stanowi opis histaminy, jako aminy biogennej wraz z jej receptorami. Ponownie, w nawiązaniu do tematu pracy szerzej opisano budowę, mechanizm i funkcję receptora H3 histaminowego wraz z najważniejszymi grupami ligandów dostępnych dla tej struktury.W części eksperymentalnej przedstawiono przeprowadzony proces modelowania homologicznego. Efektem opisanej procedury było otrzymanie modelu homologicznego ludzkiego receptora H3 histaminowego zbudowanego na szablonie ludzkiego receptora muskarynowego dla acetylocholiny M2 (PDB ID: 3UON). Model ten został zoptymalizowany pod względem fizykochemicznym poprzez jego wielokrotną korektę. Efekty przeprowadzonej korekty sprawdzano poprzez przeprowadzanie dla zbudowanej struktury testu wzbogacenia. Finalny model charakteryzował się wartością AUC = 0,799 na krzywej ROC.Uzyskane wyniki poddano dyskusji poprzez porównanie otrzymanego modelu do modelu jaki był wykorzystywany uprzednio w Katedrze Technologii i Biotechnologii Środków Leczniczych Wydziału Farmaceutycznego UJ CM zbudowanego na szablonie białka ludzkiego receptora H1 histaminowego (PDB ID: 3RZE). Dla tej samej grupy ligandów, co dla nowo otrzymanego modelu w teście wzbogacenia model zbudowany na białku receptora H1 histaminowego otrzymano wartość AUC = 0,540. Model homologiczny zbudowany w ramach badań opisanych w niniejszej pracy ma szansę być wykorzystywany jako narzędzie bioinformatyczne do poszukiwania nowych struktur aktywnych dla ludzkiego receptora H3 histaminowego.

The introduction of this thesis provides a brief description of the GPCR signaling mechanism. Subsequently, the classes distribution of 7TM receptors along with their characteristics is described to a greater extent, as well as the current state of knowledge on available crystal structures. Referring to the topic of work, methods of protein structure modeling have been described, with particular emphasis on homologous modeling. Further part of the thesis contains description of histamine as a biogenic amine and its receptors. Again, with reference to the topic of work, the structure, mechanism and function of the histamine H3 receptor, together with the most important groups of ligands are described in greater detail.The homologous modeling process was described throughly in the experimental part. The result of this procedure was to obtain a homologous human histamine H3 receptor model based on the crystal structure of acetylcholine M2 (PDB ID: 3UON). Obtained model has been optimized through its multiple corrections and/or minimization procedures. The effects of these optimization processess were checked by performing an enrichment test for the built structure. The final model was characterized by AUC = 0.799 on the ROC curve.The obtained results were discussed including the comparision of the obtained model with the model used previously in the Department of Technology and Biotechnology of Drugs, built on the template of the human H1 histamine receptor (PDB ID: 3RZE). For the same group of ligands, the AUC value of 0.540 was obtained for aforementioned model.The homologous model built resulted from this research has the potential to be used as a bioinformatic tool for the search for new active structures for the human histamine H3 receptor.