Cardiac Contractility Structure-Activity Relationship and Ligand-Receptor Interactions; the Discovery Of Unique and Novel Molecular Switches in Myosuppressin Signaling

Abstract

Peptidergic signaling regulates cardiac contractility; thus, identifying molecular switches, ligand-receptor contacts, and antagonists aids in exploring the underlying mechanisms to influence health. Myosuppressin (MS), a decapeptide, diminishes cardiac contractility and gut motility. Myosuppressin binds to G protein-coupled receptor (GPCR) proteins. Two Drosophila melanogaster myosuppressin receptors (DrmMS-Rs) exist; however, no mechanism underlying MS-R activation is reported. We predicted DrmMS-Rs contained molecular switches that resembled those of Rhodopsin. Additionally, we believed DrmMS-DrmMS-R1 and DrmMS-DrmMS-R2 interactions would reflect our structure-activity relationship (SAR) data. We hypothesized agonist- and antagonist-receptor contacts would differ from one another depending on activity. Lastly, we expected our study to apply to other species; we tested this hypothesis in Rhodnius prolixus, the Chagas disease vector. Searching DrmMS-Rs for molecular switches led to the discovery of a unique ionic lock and a novel 3–6 lock, as well as transmission and tyrosine toggle switches. The DrmMS-DrmMS-R1 and DrmMS-DrmMS-R2 contacts suggested tissue-specific signaling existed, which was in line with our SAR data. We identified R. prolixus (Rhp)MS-R and discovered it, too, contained the unique myosuppressin ionic lock and novel 3–6 lock found in DrmMS-Rs as well as transmission and tyrosine toggle switches. Further, these motifs were present in red flour beetle, common water flea, honey bee, domestic silkworm, and termite MS-Rs. RhpMS and DrmMS decreased R. prolixus cardiac contractility dose dependently with EC50 values of 140 nM and 50 nM. Based on ligand-receptor contacts, we designed RhpMS analogs believed to be an active core and antagonist; testing on heart confirmed these predictions. The active core docking mimicked RhpMS, however, the antagonist did not. Together, these data were consistent with the unique ionic lock, novel 3–6 lock, transmission switch, and tyrosine toggle switch being involved in mechanisms underlying TM movement and MS-R activation, and the ability of MS agonists and antagonists to influence physiology.

Nezara viridula (Hemiptera: Pentatomidae) transcriptomic analysis and neuropeptidomics

“…MS was also detected in triatomines in these two modified forms 19 , 20 , 47 ; this fact could indicate that both forms have a physiological role, or that a stable intermediate form is being detected by tandem mass spectrometry. Until now, the reported functional analysis with RhoprMS has been performed using the synthetic pyroglutamated peptide 48 – 50 ; bioassays using the non-pyroglutamated MSs would be necessary in order to clarify this point.…”

Genómica, proteómica y fisiología de neuropéptidos en el insecto triatomino Rhodnius prolixus

“…Con respecto a los neuropéptidos, se han reportado numerosos ensayos funcionales exitosos que podrían derivar en compuestos con actividad insecticida, aunque todos ellos están en fase experimental. Han sido testeados neuropéptidos osmoreguladores como la kinina, reguladores de crecimiento, o incluso reguladores de la actividad miotrópica como la hormona miosupresina (Lange, Orchard et al 1995;Nachman, Olender et al 1996;Kostyukovsky, Chen et al 2000;Kaczmarek, Williams et al 2007;Nachman, Kaczmarek et al 2012;Suman, Brey et al 2013;Suman, Wang et al 2013;Leander, Bass et al 2015;Zels, Dillen et al 2015;Sterkel, Riccillo et al 2010).…”

“…A modo de ejemplo, en el trabajo realizado sobre el receptor de miosupresina en D. melanogaster y R. prolixus (Leander, Bass et al 2015), en el cual hemos participado como autores, se estudió el efecto de este péptido y una serie de análogos sobre la reducción de la tasa de contracción de la aorta e intestino. Se analizó en ambos insectos, una serie de análogos de la miosupresina con un número variable de aminoácidos faltantes en la región N-terminal.…”

“…En base a los resultados y un estudio de docking (estudio de la interacción a nivel molecular entre ligando y receptor), y la cristalografía (estudio tridimensional de la estructura cuaternaria de una proteína) de cada receptor, se determinaron los aminoácidos fundamentales en la interacción entre cada péptido y su receptor. Se caracterizó además un nuevo tipo de puente iónico, un puente iónico de tipo 3-6 no identificado hasta la fecha, y un interruptor tipo tirosina quinasa, todos esenciales en la unión de péptido-receptor (Leander, Bass et al 2015).…”

“…El desafío de obtener peptidomiméticos requiere del diseño y perfeccionamiento de técnicas y métodos de trabajo para el testeo de la actividad funcional de cada neuropéptido, y una selección eficaz de los posibles agonistas y antagonistas de sus receptores (Altstein and Nassel 2010). Pocos trabajos analizan en forma completa la actividad selectiva de agonistas o antagonistas en la activación o inhibición de receptores de neuropéptidos, su grado de degradación en el ambiente, el posible efecto secundario sobre otros organismos o la tasa de penetración cuticular, y de la membrana plasmática (Nachman, Roberts et al 1995;Leander, Bass et al 2015). Este enfoque multidisciplinario es indispensable para el traspaso de paradigma de los ensayos en laboratorio, a un escenario futuro donde se pueda testear distintos compuestos en ensayos de campo.…”