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Theses Year : 2022

Biophysical and structural investigation of ABC transporters by compunational pharmacology

Étude biophysique et structurale des transporteurs ABC par la pharmacologie computationnelle

(1)
1
Ágota Tóth
  • Function : Author
  • PersonId : 1216997
  • IdRef : 267117426

Abstract

Membrane crossing by xenobiotics is an important event in pharmacological processes, especially in Absorption, Distribution, Metabolism, and Elimination. Transporters located in liver and kidney cells are key players of metabolism and elimination. Multidrug resistance-associated proteins, belonging to ABC C-family exporters, are crucial in pharmacology as they transport various substrates across membranes. However, knowledge about their transport mechanisms is still limited. This thesis, based on molecular dynamics simulations, provides a dynamic and structural overview of MRP1, for which cryo-EM structures are available along it transport cycle. Asymmetric NBD behaviour is ensured by lower signal transduction from NBD1 to the rest of the protein owing to the absence of ball-and-socket conformation between NBD1 and coupling helices. The pivotal role of NBS1 is confirmed by our post-catalytic simulations. Moreover, our results provide hints about the important role of L0. Particular attention is paid to the role of the surrounding lipid environment, as well as the role of the degenerate nucleotide-binding site, typical for MRPs. Lipids play an active role in the allosteric communication between the substrate-binding pocket and NBDs. However, cholesterol molecules and PE-lipids highlight some hotspots, the impact of the membrane composition is limited. It seems to mostly affect transport kinetics. We believe that our work can be extended to other degenerate NBS ABC proteins and provide hints for deciphering mechanistic differences among ABC transporters.
Le passage membrane des xénobiotiques est un événement important dans les processus pharmacologiques, en particulier dans l'absorption, la distribution, le métabolisme et l'élimination. Les transporteurs membranaires des cellules hépatiques et rénales sont des acteurs clés. Parmi elles, les exporteurs de type ABC (ATP-binding cassette) qui appartiennent à la famille ABCC, sont cruciales en pharmacologie car ils transportent divers substrats à travers les membranes. Cependant, les connaissances sur leurs dynamiques et les mécanismes de translocation sont encore limitées. Cette thèse, basée sur des simulations de dynamique moléculaire, fournit un aperçu dynamique et structural en se focalisant sur un prototype MRP1, pour laquelle des structures cryo-EM sont disponibles. L’asymétrie des NBD de ce transporteur, mais également d’autres membres des ABCC est probablement associé à une moindre transduction du signal du NBD1 vers le reste de la protéine, en raison de l'absence de conformation en boule entre le NBD1 et les hélices de couplage. En parallèle, le rôle central de NBS1 est souligné par nos simulations, lesquelles suggèrent un rôle pivot de l’ATP. Une attention particulière est accordée au rôle de l'environnement lipidique, ainsi qu'au rôle du site dégénéré de liaison aux nucléotides, typique des MRPs. Les lipides jouent un rôle actif dans la communication allostérique entre la poche de liaison au substrat et les NBD. Cependant, si les molécules de cholestérol et les lipides PE semblent se fixer sur certains sites particuliers, l'impact de la composition de la membrane sur les minima locaux semblent être limité. Elle semble surtout affecter la cinétique de transport. Nous pensons que notre travail peut être étendu à d'autres protéines ABC NBS dégénérées et fournir des indices pour déchiffrer les différences mécanistiques entre les transporteurs ABC.
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Dates and versions

tel-03945240 , version 1 (18-01-2023)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03945240 , version 1

Cite

Ágota Tóth. Biophysical and structural investigation of ABC transporters by compunational pharmacology. Human health and pathology. Université de Limoges, 2022. English. ⟨NNT : 2022LIMO0116⟩. ⟨tel-03945240⟩
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