Molecular dynamic studies of human dat and its natural ligand dopamine

Abstract

Nörotransmitter sodyum simporter (NSSs) ailesinin bir üyesi olan dopamin taşıyısıcı (DAT), dopaminerjik nörotransmisyonu gerçekleştirir. Bu nedenle, antidepresanların yanı sıra yaygın olarak istismara neden olan psikostimulanlar kokain ve amfetamin dahil olmak üzere sayısız ilaç için ana moleküler hedeftir. Bu çalışmada, dopamin taşıyıcısı (DAT) ve dopaminin yapı-işlev ilişkisinin dinamik özelliklerini anlamak için Moleküler Dinamik çalışması gerçekleştirildi. Dopamin-DAT etkileşimleri doklama analizleriyle birlikte Moleküler dinamik (MD) simülasyonları ile incelendi. Biz bu çalışmada, daha önceki çalışmada bakteriyel homoloğu LeuT örnek alınarak, homoloji modellemesi ile oluşturulan, insan DAT 3 boyutlu yapısını kullandık. Çalışmamız boyunca, DAT modeli, dopamin modeli ve DAT-dopamin tümleşik modeli geliştirdik ve bir dizi enerji minimizasyonu ve MD simülasyonu uyguladık. Bu üç durumun simülasyon sonuçlarını karşılaştırarak, DAT ve dopaminin bağlanma özelliklerini ve dinamiğini meydana çıkarmayı hedefledik. Daha sonra, Moleküler Dinamik esnasında ki bağlanma bölgelerindeki değişiklikleri ve etkileşimleri incelemek için Moleküler Dinamikten elde edilen zamana bağlı pozisyon datası kullanılmıştır. Kümeleme analizleri ile DAT modelin farklı konformasyonları elde edilmiştir. Farklı bağlanma yerleri ve yollarını keşfetmek için doklama işlemi kullandık. Bunun sonucunda dopamin için iki bağlanma bölgesi ve bir translokasyon yolu belirledik. Dopaminin S1, S2 ve S1 `den hücre içine translokasyon yolundaki bağlanma modları, bağlanma eğilimlerine göre tespit edildi. Literatürdeki simülasyon ve deneysel verilerle elde edilen translokasyon mekanizmasında ki, tanımlanan önemli residüler arasında dikkate değer bir anlaşma olduğunu gözlemledik.

The dopamine transporter (DAT), which is a member of Neurotransmitter sodium symporters (NSSs) family, takes place in dopaminergic neurotransmission. Therefore, it is a major molecular target for numerous drugs, including the widely abused psychostimulants cocaine and amphetamine as well as antidepressants. In this study, to understand the dynamics behavior of structure-function relationship of the human dopamine transporter (DAT) we performed MD studies. The dopamine DAT interactions were investigated via Molecular Dynamics (MD) simulations combined with docking analysis. We have used in this study the 3D structure of human DAT which was determined in a previous homology modeling study based on its bacterial homolog LeuT structure. Throughout our study, we developed DAT model, dopamine model and DAT-dopamine complex model, and performed a series of energy minimization and MD simulations. Comparing the outcomes of the simulation for these three cases, we aim to expose the binding properties and dynamics of DAT and dopamine. Afterwards, to study variations in the binding site affinities during the Molecular Dynamics simulation, we have investigated MD trajectory. Different conformations of DAT model were obtained with clustering analysis. To explore different binding sites and the pathway we performed docking analysis. As a result we determined two binding sites and a translocation pathway for dopamine. The binding modes of dopamine for S1 (primary binding site), S2 (secondary binding site) and S1 to intracellular translocation pathway, were determined through the binding affinities. We observed that there is a remarkable agreement between the identities of the key residues in the translocation mechanism obtained via the simulations with experimental data in the literature.