Dissertations / Theses on the topic 'Structure of histamines'

The work presented in this thesis concerns a sub-family of the biologically important family of G-protein coupled receptors (GPCRs) known as histamine receptors. They are recognized as important drug targets for many disorders in mankind, such as allergic rhinitis and Alzheimer’s disease. This thesis has its roots in the first structure of histamine receptor H1, determined in complex with a first generation antihistamine (doxepin) in 2011. Here, extensive biological, computational and structural investigations have been carried out for H1 in complex with two second-generation antihistamines (cetirizine and fexofenadine). Crystal structures of H1-cetirizine (3.1 Å) and H1-fexofenadine (3.4 Å) show the binding modes of second-generation antihistamines correspond well with the previous docking studies. The so-called “anion binding site” on H1 is responsible for the high specificity of the ligands. Some regions on the receptor were difficult to define in the crystal structures. These regions were characterized by radioligand binding assays, together with molecular dynamic simulations (carried out by our collaborators from Oxford University) suggested that, second generation ligands have a significantly large impact on receptor dynamics. While H1 mediates many immune-related disorders, the histamine receptor H3 is a drug target to many mental disorders. In addition to the H1 work presented here, it is also reported the initial work done on the histamine receptor H3. With extensive screenings on various H3 constructs (from human and turkey organisms) and expression systems, it was observed that the best construct was from turkey. An optimal expression protocol in insect cells was obtained. This has established a secure starting point for future structural studies on H3.

Nous avons synthétisé de nouvelles molécules pseudo-peptidiques a base d'histamine: -alanyl-histamine, glycyl-histamine, sarcosyl-histamine etglycyl-glycyl-histamine. Les études cristallographique, RMN solide et liquide de ces molécules sous forme de chlorhydrates ont été réalisées. L'utilisation des différentes techniques (ph-métrie, rmn #1h, #1#3c et #1#4n) nous a offert la possibilité d'étudier la protonation, micro-protonation et le tautomerisme des produits synthétisés. La complexation des ligands avec les ions cobalt(II), nickel(II), cuivre(ii) et zinc(II) a été examinée. La richesse des informations obtenues par ph-métrie, spectrométrie UV-visible, RPE et RMN nous a permis de déterminer la nature et la structure des espèces formées en solution. Quoique de formulation très voisine, les divers ligands conduisent à une gamme très variée de complexes, parfois très différents soit par leur nature soit par leur stabilité

Das translationell kotrollierte Tumorprotein (TCTP) ist ein bei Eukaryonten vorkommendes hochkonserviertes Protein, das eine Rolle bei der Pathogenese allergischer Erkrankungen spielt. Bei atopischen Kindern vermittelt es eine IgE abhängige Histaminfreisetzung aus basophilen Granulozyten. Die zugrundeliegenden Mechanismen sind jedoch unklar. TCTP hat die Eigenschaft, an das Tubulin des Zytoskeletts der Zelle zu binden und besitzt eine hohe Affinität für Kalzium. Seine Synthese wird auf dem transkriptionellen und translationellen Niveau reguliert. Eine früher angenommene spezifische Funktion in Tumorzellen konnte nicht bestätigt werden. Das für TCTP kodierende Gen wird als TPT1 bezeichnet. Um die molekulare Basis für die Kontrolle der Synthese des TCTP zu verstehen, wurden in dieser Arbeit Struktur und Funktion des TPT1-Gens bei Mensch und Kaninchen untersucht. Erstmalig wurde die vollständige Struktur eines Säuger-TPT1-Gens durch Klonierung und Sequenzierung aufgeklärt und die funktionelle Rolle des Promotors analysiert. Das 3,8 kb große Kaninchengen wird durch fünf Introns unterbrochen, und kodiert für zwei mRNAs von 843 und 1163 nt, die sich in der Länge der 3' untranslatierten Region unterscheiden. Sie entstehen durch alternative Polyadenylierung. Vom Human-Gen wurden genomische Rekombinanten isoliert und seine vorläufige Struktur ermittelt. Es besitzt eine identische Intron/Exon Architektur und unterscheidet sich nur geringfügig in der Länge der Introns. Auch bei der Expression des Human-Gens entstehen zwei mRNAs. Hybridisierungsexperimente mit RNA aus 10 Kaninchen- und 50 Human-Geweben zeigten, daß beide TCTP mRNAs in allen untersuchten Geweben in ähnlichem Verhältnis zueinander exprimiert werden. Die Gesamtkonzentrationen der TCTP- mRNAs unterschied sich jedoch in verschiedenen Gewebegruppen bis zum Faktor 100. Dies deutet auf eine ausgeprägte Regulation der gewebsspezifischen Transkription hin. Die Promotorstrukturen von 1,2 kb 5'-flankierender Sequenzen des Kaninchen- Gens wurden mit Computerprogrammen auf Bindungsstellen für Transkriptionsfaktoren analysiert. Für funktionelle Aussagen wurden Promotorfragmente mit dem Chloramphenicol-Acetyltransferase-Gen (cat) gekoppelt und die Promotoraktivität durch Bestimmung der CAT-Enzymaktivität nach Zelltransfektionen ermittelt. Ein minimaler Promotor von 66 bp Länge, der eine TATA-Box enthält, konnte eingegrenzt werden. Die maximale Promotoraktivität, die 90% im Vergleich zum starken Thymidinkinase-Promotor betrug, war mit einem 290 bp langem Fragment assoziiert und enthielt eine SP-1, zwei AP-1/CREB und zwei ETS Bindungsstellen. Diese Konstellation ist ein häufiges Merkmal von Genen, die wie das TPT1-Gen durch Phorbolester und Lipopolysaccharide induzierbar sind. Im Sequenzbereich bis -160 sind die Promotoren des Human- und des Kaninchen-Gens sehr ähnlich (89% Homologie), alle Bindungsorte für Transkriptionsfaktoren sind hier konserviert. Weiterhin wurde im Kaninchengenom eine Vielzahl von prozessierten TPT1- Pseudogenen.gefunden. Sechs von ihnen und ihre genomisch-flankierenden Integrationsorte wurden sequenziert. Sie repräsentierten beide mRNA Typen und waren zu über 99% zu den korrespondierenden mRNAs homolog. Die Leserahmen aller Pseudogene waren intakt, bei zwei Pseudogenen war die Aminosäuresequenz sogar unverändert erhalten. Die durch CAT-Assays getestete Transkriptionsaktivität der 5'flankierenden Region eines Pseudogens zeigte eine Aktivität von über 15% gegenüber dem authentischen TPT1-Promotor. Dies ist ein Indiz für eine mögliche Expression von TPT1 Pseudogenen in vivo.
The translationally controlled tumor protein (TCTP) is a conserved eukaryotic protein, which is involved in the pathogenesis of allergic diseases. In atopic children it has been reported to mediate histamine release from basophilic leukocytes in an IgE dependent way. The underlying mechanism, however, is unknown. TCTP is characterized by an efficient binding to tubulin of cytoskeletal structures and by a high calcium affinity. Its synthesis is regulated at the transcriptional and translational level. A specific function in tumor cells, which was assumed initially, could not be confirmed. The gene coding for TCTP is called TPT1. To understand the molecular basis for the control of TCTP expression structure and function of the human and rabbit TPT1 genes were investigated including their promoter regions. The first mammalian TPT1 gene (rabbit) was cloned and sequenced. It consists of 3.8 kb and is interrupted by five introns. Two mRNAs of 843 and 1163 nt length are transcribed differing in their 3'untranslated regions. They are generated by alternative polyadenylation. Furthermore genomic recombinants were isolated containing the human TPT1 gene and a preliminary structure of the gene was established. The human gene has the same intron/exon architecture as the rabbit gene just differing in the length of its introns. Human multi-tissue dotblots revealed an identical transcription pattern for both mRNAs. The concentration of the TCTP mRNAs differed up to the factor 100 between different tissues, indicating distinct tissue specificity in transcriptional control. 1.2 kb 5'flanking promoter structures were analyzed for transcription factor binding sites. For functional studies TPT1 promoter fragments were fused to the chloramphenicol acetyltransferase (CAT) reportergene and assayed by cell transfection and CAT enzyme activity. A basic promoter of 66 bp length containing a TATA box could be defined. Maximal promoter activity of 90% compared to the strong thymidine kinase promoter was associated with a fragment of 290 bp containing a SP-1, two AP-1/CREB and two ETS binding sites. This is a common feature of genes like TPT1, which are inducible by phorbolesters and lipopolysaccharides. Furthermore, numerous processed TPT1 pseudogenes were found spread through the rabbit genome. Six pseudogenes and their flanking genomic integration sites were sequenced. They represented both mRNA types and were at least 99% homologous to the corresponding mRNAs. In all pseudogenes the open reading frames were retained and in two of them the original amino acid sequence was even conserved completely. The 5'flanking region of one pseudogene was tested for transcriptional activity by CAT assays and revealed an activity of about 15% of the authentical TPT1 promoter. This could suggest a possible expression of TPT1 pseudogenes in vivo.

Classically it was assumed that the compounds with therapeutic effect exert their action interacting with a single receptor. Nowadays it is widely recognized that the pharmacological effect of most drugs is more complex and involves a set of receptors, some associated to their positive effects and some others to the side effects and toxicity. Antipsychotic drugs are an example of effective compounds characterized by a complex pharmacological profile binding to several receptors (mainly G protein-coupled-receptors, GPCR). In this work we will present a detailed study of known antipsychotic drugs and the receptors potentially involved in their binding profile, in order to understand the molecular mechanisms of the antipsychotic pharmacologic effects.

The study started with obtaining homology models for all the receptors putatively involved in the antipsychotic drugs receptorome, suitable for building consistent drug-receptor complexes. These complexes were structurally analyzed and compared using multivariate statistical methods, which in turn allowed the identification of the relationship between the pharmacological properties of the antipsychotic drugs and the structural differences in the receptor targets. The results can be exploited for the design of safer and more effective antipsychotic drugs with an optimum binding profile.
Tradicionalmente se asumía que los fármacos terapéuticamente efectivos actuaban interaccionando con un único receptor. Actualmente está ampliamente reconocido que el efecto farmacológico de la mayoría de los fármacos es más complejo y abarca a un conjunto de receptores, algunos asociados a los efectos terapéuticos y otros a los secundarios y toxicidad. Los fármacos antipsicóticos son un ejemplo de compuestos eficaces que se caracterizan por unirse a varios receptores simultáneamente (principalmente a receptores unidos a proteína G, GPCR). El trabajo de la presente tesis se ha centrado en el estudio de los mecanismos moleculares que determinan el perfil de afinidad de unión por múltiples receptores de los fármacos antipsicóticos.

En primer lugar se construyeron modelos de homología para todos los receptores potencialmente implicados en la actividad farmacológica de dichos fármacos, usando una metodología adecuada para construir complejos fármaco-receptor consistentes. La estructura de estos complejos fue analizada y se llevó a cabo una comparación mediante métodos estadísticos multivariantes, que permitió la identificación de asociaciones entre la actividad farmacológica de los fármacos antipsicóticos y diferencias estructurales de los receptores diana. Los resultados obtenidos tienen interés para ser explotados en el diseño de fármacos antipsicóticos con un perfil farmacológico óptimo, más seguros y eficaces.

碩士
國立師範大學
化學學系
81
The histaminecopper(II) complexes, [Cu(hmH)LX], and [Cu(hmH) LLX], where hmH stands for histamine, L for 2-methylimidazole, 4-methylimidazole, 4-aminopyri- dine, and 4-methylpyridine , LL for histamine, ethyl- enediamine, 2,2'-bipyridine, 1,10-phenanthroline, neo- cuproin, and X for ClO4- or Cl- have been synthesized. Characterization was made by elemental analysis, uv- vis, ir, and epr spectroscopic measurements, and X-ray diffraction method. Determined by three-dimensional X-ray diffraction method, [Cu(hmH)2(ClO4)2] and [Cu(hmH)2Cl]Cl.2H2O are tetragonally elongated octahedral; [Cu(hmH)(en)Cl]Cl and [Cu(hmH)(neoc)Cl]Cl are square-pyramidal; [Cu(hmH) (bipy)Cl]Cl. H2O and [Cu(hmH)(4MImH)Cl] are trigonal byramidal. The molecular structures of other Cu(II)-hmH complexes are elucidated based on their spectroscopic data. Be- sides the steric effects of ligands, the bonding capabilities of ligands play the decisive role in de- termining the molecular structures of the complexes.