Влияние различных типов аллостерических регуляторов на базальную и гормон-стимулированную активность рецептора тиреотропного гормона in vitro и in vivo

Обложка


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. Антитиреоидные препараты, применяемые для лечения аутоиммунного гипертиреоза, при длительном применении приводят к дефициту тиреоидных гормонов. В связи с этим актуальной является разработка регуляторов рецептора тиреотропного гормона (ТТГР), способных ингибировать активацию ТТГР агонистами, действующими на ортостерический сайт рецептора (ТТГ, аутоантитела к ТТГР) и стимулировать его базовую активность. Эту функцию могут выполнять аллостерические регуляторы ТТГР с активностью агонистов и негативных аллостерических модуляторов (аго-NAM).

Цель — сравнительное изучение эффектов тиено[2,3-d]пиримидинового производного TPY4 и пептида 612–627-Lys(Palm)Ala, производного третьей цитоплазматической петли ТТГР, на базальную и стимулированную ТТГ-активность аденилатциклазы в тироидальных мембранах и на базовые и стимулированные тиролиберином уровни тиреоидных гормонов при введении препаратов самцам крыс.

Материалы и методы. Активность аденилатциклазы в мембранах, выделенных из щитовидной железы крыс, измеряли радиоизотопным методом, используя в качестве субстрата радиоактивно меченый аналог аденозинтрифосфата натрия — [α-32P]-АТФ. Способность препаратов влиять на базовые и стимулированные тиролиберином уровни тиреоидных гормонов оценивали путем введения крысам пептида 612–627-Lys(Palm)Ala (в дозе 750 мкг/кг) и TPY4 (в дозе 15 мг/кг). Концентрации свободного тироксина (FT4), общего трийодтиронина (TT3) и ТТГ в крови крыс определяли с помощью иммуноферментного анализа.

Результаты. В тироидальных мембранах крыс TPY4 и 612–627-Lys(Palm)Ala в микромолярных концентрациях повышали базовую активность аденилатциклазы и снижали ее стимуляцию ТТГ (10–9 М), причем TPY4 был эффективнее, как ингибитор ТТГ-эффекта, а пептид в большей степени стимулировал аденилатциклазу. При введении крысам оба соединения, хотя и в различной степени, повышали продукцию FT4 и TT3, но при этом препятствовали ее повышению при активации тиреоидной оси тиролиберина (100 мкг/крыса). Существенного влияния на стимулированный тиролиберином уровень ТТГ в крови они не оказывали, и это свидетельствует о том, что их мишенями являются ТТГР, локализованные в тироцитах.

Заключение. Структурно различные аллостерические лиганды ТТГР, тиено[2,3-d]пиримидиновое производное TPY4 и пептид 612–627-Lys(Palm)Ala, характеризовались сходным спектром фармакологической активности, функционируя как аго-NAM для ТТГР. Их способность предотвращать гиперактивацию ТТГР и при этом не вызывать снижения уровня тиреоидных гормонов может быть использована для разработки препаратов для лечения аутоиммунного гипертиреоза.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Кира Викторовна Деркач

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук

Email: derkatch_k@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-6555-9540
SPIN-код: 6925-1558

канд. биол. наук

Россия, Санкт-Петербург

Елена Александровна Шпакова

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук

Email: eshpakova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5645-455X
Россия, Санкт-Петербург

Егор Александрович Диденко

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: didenkoegor58@mail.ru
ORCID iD: 0009-0000-5217-0624
SPIN-код: 5115-8389
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Виктор Николаевич Сорокоумов

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: sorokoumov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4917-2175
SPIN-код: 1042-8142

канд. хим. наук

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Александр Олегович Шпаков

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: alex_shpakov@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-4293-3162
SPIN-код: 6335-8311

д-р биол. наук

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Mullur R, Liu YY, Brent GA. Thyroid hormone regulation of metabolism. Physiol Rev. 2014;94(2):355–382. doi: 10.1152/physrev.00030.2013
  2. Ortiga-Carvalho TM, Chiamolera MI, Pazos-Moura CC, Wondisford FE. Hypothalamus-pituitary-thyroid axis. Compr Physiol. 2016;6(3):1387–1428. doi: 10.1002/cphy.c150027
  3. Krause G, Eckstein A, Schülein R. Modulating TSH receptor signaling for therapeutic benefit. Eur Thyroid J. 2020;9(Suppl 1):66–77. doi: 10.1159/000511871 EDN: DVNUMZ
  4. Kleinau G, Biebermann H. Constitutive activities in the thyrotropin receptor: regulation and significance. Adv Pharmacol. 2014;70:81–119. doi: 10.1016/B978-0-12-417197-8.00003-1
  5. Rowe CW, Paul JW, Gedye C, et al. Targeting the TSH receptor in thyroid cancer. Endocr Relat Cancer. 2017;24(6):R191–R202. doi: 10.1530/ERC-17-0010
  6. Cheng X, Zhang H, Guan S, et al. Receptor modulators associated with the hypothalamus-pituitary-thyroid axis. Front Pharmacol. 2023;14:1291856. doi: 10.3389/fphar.2023.1291856 EDN: VLNTZM
  7. Latif R, Realubit RB, Karan C, et al. TSH receptor signaling abrogation by a novel small molecule. Front Endocrinol (Lausanne). 2016;7:130. doi: 10.3389/fendo.2016.00130
  8. Marcinkowski P, Hoyer I, Specker E, et al. A new highly thyrotropin receptor-selective small-molecule antagonist with potential for the treatment of graves’ orbitopathy. Thyroid. 2019;29(1):111–123. doi: 10.1089/thy.2018.0349
  9. Nagayama Y, Nishihara E. Thyrotropin receptor antagonists and inverse agonists, and their potential application to thyroid diseases. Endocr J. 2022;69(11):1285–1293. doi: 10.1507/endocrj.EJ22-0391 EDN: XJDNIC
  10. Shpakov AO, Shpakova EA, Tarasenko II, Derkach KV. Peptide 612–627 of thyrotropin receptor and its modified analogs as regulators of adenylyl cyclase in rat thyroid gland. Cell and Tissue Biology. 2014;8(6):488–498. doi: 10.1134/S1990519X1406008X EDN: UFRREV
  11. Derkach KV, Shpakova EA, Titov AM, Shpakov AO. Intranasal and intramuscular administration of lysine-palmitoylated peptide 612–627 of thyroid-stimulating hormone receptor increases the level of thyroid hormones in rats. Int J Pept Res Ther. 2015;21(3):249–260. doi: 10.1007/s10989-014-9452-6 EDN: UFCNFT
  12. Gershengorn MC, Neumann S. Update in TSH receptor agonists and antagonists. J Clin Endocrinol Metab. 2012;97(12):4287–4292. doi: 10.1210/jc.2012-3080
  13. Latif R, Morshed SA, Ma R, et al. A GQ biased small molecule active at the TSH receptor. Front Endocrinol (Lausanne). 2020;11:372. doi: 10.3389/fendo.2020.00372 EDN: YCHDNA
  14. Kahaly GJ, Steiner L, van der Lee MMC, et al. Thyrotropin receptor antagonism by a novel small molecule: preclinical in vitro observations. Thyroid. 2023;33(6):732–742. doi: 10.1089/thy.2022.0694 EDN: IWZAQY
  15. Derkach KV, Bakhtyukov AA, Sorokoumov VN, Shpakov AO. New thieno[2,3-d]pyrimidine-based functional antagonist for the receptor of thyroid stimulating hormone. Dokl Biochem Biophys. 2020;491(1):77–80. doi: 10.1134/S1607672920020064 EDN: BHNFMG
  16. Derkach KV, Bakhtyukov AA, Sorokoumov VN, et al. Low molecular weight thyrotropin receptor inverse agonist is active upon both intraperitoneal and oral administration. J Evol Biochem Physiol. 2024;60(1):295–305. doi: 10.1134/S0022093024010216 EDN: UTLUFP
  17. Jakubík J, Randáková A, Chetverikov N, et al. The operational model of allosteric modulation of pharmacological agonism. Sci Rep. 2020;10(1):1–20. doi: 10.1038/s41598-020-71228-y EDN: WKUQMB
  18. Grundmann M, Bender E, Schamberger J, Eitner F. Pharmacology of free fatty acid receptors and their allosteric modulators. Int J Mol Sci. 2021;22(4):1763. doi: 10.3390/ijms22041763 EDN: WFHCTG
  19. Heyma P, Harrison LC. Precipitation of the thyrotropin receptor and identification of thyroid autoantigens using Graves’ disease immunoglobulins. J Clin Invest. 1984;74(3):1090–1097. doi: 10.1172/JCI111476
  20. Salomon Y, Amir Y, Azulai R, Amsterdam A. Modulation of adenylate cyclase activity by sulfated glycosaminoglycans. I. Inhibition by heparin of gonadotrophin-stimulated ovarian adenylate cyclase. Biochim Biophys Acta. 1978;544(2):262–272. doi: 10.1016/0304-4165(78)90095-8
  21. Olson KM, Traynor JR, Alt A. Allosteric modulator leads hiding in plain site: developing peptide and peptidomimetics as GPCR allosteric modulators. Front Chem. 2021;9:671483. doi: 10.3389/fchem.2021.671483 EDN: IOEEKH
  22. Hedderich JB, Persechino M, Becker K, et al. The pocketome of G-protein-coupled receptors reveals previously untargeted allosteric sites. Nat Commun. 2022;13(1):2567. doi: 10.1038/s41467-022-29609-6 EDN: MQOZDP
  23. Persechino M, Hedderich JB, Kolb P, Hilger D. Allosteric modulation of GPCRs: From structural insights to in silico drug discovery. Pharmacol Ther. 2022;237:108242. doi: 10.1016/j.pharmthera.2022.108242 EDN: SWVFAU
  24. Neumann S, Nir EA, Eliseeva E, et al. A selective TSH receptor antagonist inhibits stimulation of thyroid function in female mice. Endocrinology. 2014;155(1):310–314. doi: 10.1210/en.2013-1835
  25. Neumann S, Eliseeva E, Boutin A, et al. Discovery of a positive allosteric modulator of the thyrotropin receptor: potentiation of thyrotropin-mediated preosteoblast differentiation in vitro. J Pharmacol Exp Ther. 2018;364(1):38–45. doi: 10.1124/jpet.117.244095
  26. Moore S, Jaeschke H, Kleinau G, et al. Evaluation of small-molecule modulators of the luteinizing hormone/choriogonadotropin and thyroid stimulating hormone receptors: structure-activity relationships and selective binding patterns. J Med Chem. 2006;49(13): 3888–3896. doi: 10.1021/jm060247s
  27. Joseph-Bravo P, Jaimes-Hoy L, Uribe RM, Charli JL. 60 years of neuroendocrinology: TRH, the first hypophysiotropic releasing hormone isolated: control of the pituitary-thyroid axis. J Endocrinol. 2015;226(2):T85–T100. doi: 10.1530/JOE-15-0124
  28. Kobilka BK, Kobilka TS, Daniel K, et al. Chimeric alpha 2-, beta2-adrenergic receptors: delineation of domains involved in effector coupling and ligand binding specificity. Science. 1988;240(4857): 1310–1316. doi: 10.1126/science.2836950 EDN: IDYQUX
  29. Flock T, Hauser AS, Lund N, et al. Selectivity determinants of GPCR-G-protein binding. Nature. 2017;545(7654):317–322. doi: 10.1038/nature22070
  30. Duan J, Shen DD, Zhao T, et al. Molecular basis for allosteric agonism and G protein subtype selectivity of galanin receptors. Nat Commun. 2022;13(1):1364. doi: 10.1038/s41467-022-29072-3 EDN: WKSUEL
  31. Sadler F, Ma N, Ritt M, et al. Autoregulation of GPCR signalling through the third intracellular loop. Nature. 2023;615(7953):734–741. doi: 10.1038/s41586-023-05789-z EDN: BDHHKH
  32. Claus M, Neumann S, Kleinau G, et al. Structural determinants for G-protein activation and specificity in the third intracellular loop of the thyroid-stimulating hormone receptor. J Mol Med (Berl). 2006;84(11):943–954. doi: 10.1007/s00109-006-0087-8
  33. Kleinau G, Worth CL, Kreuchwig A, et al. Structural-functional features of the thyrotropin receptor: A class a G-protein-coupled receptor at work. Front Endocrinol (Lausanne). 2017;8:86. doi: 10.3389/fendo.2017.00086
  34. Li J, Remington JM, Liao C, et al. GPCR intracellular loop regulation of beta-arrestin-mediated endosomal signaling dynamics. J Mol Neurosci. 2022;72(6):1358–1373. doi: 10.1007/s12031-022-02016-8 EDN: ZQPXHT
  35. Ozgur C, Doruker P, Akten ED. Investigation of allosteric coupling in human β2-adrenergic receptor in the presence of intracellular loop 3. BMC Struct Biol. 2016;16(1):9. doi: 10.1186/s12900-016-0061-9 EDN: WCHOTN
  36. Maggio R, Fasciani I, Petragnano F, et al. Unraveling the functional significance of unstructured regions in G protein-coupled receptors. Biomolecules. 2023;13(10):1431. doi: 10.3390/biom13101431 EDN: YNCRTH
  37. Gandhi DM, Majewski MW, Rosas RJr, et al. Characterization of Protease-Activated Receptor (PAR) ligands: Parmodulins are reversible allosteric inhibitors of PAR1-driven calcium mobilization in endothelial cells. Bioorg Med Chem. 2018;26(9):2514–2529. doi: 10.1016/j.bmc.2018.04.016
  38. Künze G, Isermann B. Targeting biased signaling by PAR1: function and molecular mechanism of parmodulins. Blood. 2023;141(22): 2675–2684. doi: 10.1182/blood.2023019775 EDN: PIDHWX
  39. Zhang P, Leger AJ, Baleja JD, et al. Allosteric activation of a G protein-coupled receptor with cell-penetrating receptor mimetics. J Biol Chem. 2015;290(25):15785–15798. doi: 10.1074/jbc.M115.636316
  40. O’Callaghan K, Kuliopulos A, Covic L. Turning receptors on and off with intracellular pepducins: new insights into G-protein-coupled receptor drug development. J Biol Chem. 2012;287(16):12787–12796. doi: 10.1074/jbc.R112.355461 EDN: PIZSUD
  41. Michael E, Covic L, Kuliopulos A. Lipopeptide pepducins as therapeutic agents. Methods Mol Biol. 2022;2383:307–333. doi: 10.1007/978-1-0716-1752-6_21 EDN: AWVTYM
  42. Xu H, Tilley DG. Pepducin-mediated G protein-coupled receptor signaling in the cardiovascular system. J Cardiovasc Pharmacol. 2022;80(3):378–385. doi: 10.1097/FJC.0000000000001236 EDN: MVUDXE
  43. van Koppen CJ, Zaman GJ, Timmers CM, et al. A signaling-selective, nanomolar potent allosteric low molecular weight agonist for the human luteinizing hormone receptor. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol. 2008;378(5):503–514. doi: 10.1007/s00210-008-0318-3 EDN: CMFYBW
  44. van de Lagemaat R, Timmers CM, Kelder J, et al. Induction of ovulation by a potent, orally active, low molecular weight agonist (Org 43553) of the luteinizing hormone receptor. Hum Reprod. 2009;24(3):640–648. doi: 10.1093/humrep/den412

© Эко-Вектор, 2025


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 65565 от 04.05.2016 г.