G-Protein-Coupled Receptor Surface Creates a Favorable Pathway for Membrane Permeation of Drug Molecules

药品 G蛋白偶联受体 渗透 受体 生物物理学 分子动力学 化学 药理学 小分子 细胞生物学 生物 生物化学 计算化学
作者
Cristina Gil Herrero,Sebastian Thallmair
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:: 12643-12651
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.4c02875
摘要

G-protein-coupled receptors (GPCRs) play a crucial role in modulating physiological responses and serve as the main drug target. Specifically, salmeterol and salbutamol, which are used for the treatment of pulmonary diseases, exert their effects by activating the GPCR β2-adrenergic receptor (β2AR). In our study, we employed coarse-grained molecular dynamics simulations with the Martini 3 force field to investigate the dynamics of drug molecules in membranes in the presence and absence of β2AR. Our simulations reveal that, in more than 50% of the flip-flop events, the drug molecules use the β2AR surface to permeate the membrane. The pathway along the GPCR surface is significantly more energetically favorable for the drug molecules, which was revealed by umbrella sampling simulations along spontaneous flip-flop pathways. Furthermore, we assessed the behavior of drugs with intracellular targets, such as kinase inhibitors, whose therapeutic efficacy could benefit from this observation. In summary, our results show that β2AR surface interactions can significantly enhance the membrane permeation of drugs, emphasizing their potential for consideration in future drug development strategies.
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