Schild Regression - Schild regression

Ein geradliniger Graph, der an hypothetische Punkte angepasst ist. Das Schild-Diagramm eines reversiblen kompetitiven Antagonisten sollte eine gerade Linie mit linearem Gradienten sein, deren y-Achsenabschnitt sich auf die Stärke des Antagonisten bezieht.

In der Pharmakologie ist die nach Heinz Otto Schild benannte Schild-Regressionsanalyse ein Instrument zur Untersuchung der Auswirkungen von Agonisten und Antagonisten auf die durch den Rezeptor verursachte Reaktion oder auf die Ligand-Rezeptor-Bindung.

Dosis-Wirkungs-Kurven können erstellt werden, um die Reaktion oder die Bildung von Ligand-Rezeptor-Komplexen als Funktion der Ligandenkonzentration zu beschreiben. Antagonisten erschweren die Bildung dieser Komplexe, indem sie die Wechselwirkungen des Liganden mit seinem Rezeptor hemmen. Dies wird als Änderung der Dosis-Wirkungs-Kurve angesehen: typischerweise eine Verschiebung nach rechts oder ein verringertes Maximum. Ein reversibler kompetitiver Antagonist sollte eine Verschiebung der Dosis-Wirkungs-Kurve nach rechts verursachen, so dass die neue Kurve parallel zur alten verläuft und das Maximum unverändert bleibt. Dies liegt daran, dass reversible kompetitive Antagonisten überwindbare Antagonisten sind. Die Größe der Rechtsverschiebung kann mit dem Dosisverhältnis r quantifiziert werden. Das Dosisverhältnis r ist das Verhältnis der Dosis des Agonisten, die für die halbmaximale Reaktion mit dem vorhandenen Antagonisten erforderlich ist, geteilt durch den Agonisten, der für die halbmaximale Reaktion ohne Antagonisten erforderlich ist ("Kontrolle"). Mit anderen Worten, das Verhältnis der EC50s der inhibierten und nicht inhibierten Kurven. Somit repräsentiert r sowohl die Stärke eines Antagonisten als auch die Konzentration des angewendeten Antagonisten. Eine aus der Gaddum- Gleichung abgeleitete Gleichung kann verwendet werden, um r wie folgt in Beziehung zu setzen : ${\ displaystyle {\ ce {B}}}$${\ displaystyle [{\ ce {B}}]}$

${\ displaystyle r = 1 + {\ frac {[{\ ce {B}}]} {K_ {B}}}}$

wo

• r ist das Dosisverhältnis
• ${\ displaystyle [{\ ce {B}}]}$ist die Konzentration des Antagonisten
• ${\ displaystyle K_ {B}}$ ist die Gleichgewichtskonstante der Bindung des Antagonisten an den Rezeptor

Ein Schild-Diagramm ist ein doppeltes logarithmisches Diagramm, typischerweise als Ordinate und als Abszisse . Dies erfolgt durch Nehmen des Basis-10-Logarithmus beider Seiten der vorherigen Gleichung nach Subtraktion von 1: ${\ displaystyle \ log _ {10} (r-1)}$${\ displaystyle \ log _ {10} [{\ ce {B}}]}$

${\ displaystyle \ log _ {10} (r-1) = \ log _ {10} [{\ ce {B}}] - \ log _ {10} (K_ {B})}$

Diese Gleichung ist in Bezug auf linear und ermöglicht eine einfache Konstruktion von Graphen ohne Berechnungen. Dies war besonders wertvoll, bevor der Einsatz von Computern in der Pharmakologie weit verbreitet wurde. Der y-Achsenabschnitt der Gleichung stellt den negativen Logarithmus von dar und kann verwendet werden, um die Stärke des Antagonisten zu quantifizieren. ${\ displaystyle \ log _ {10} [{\ ce {B}}]}$${\ displaystyle K_ {B}}$

Diese Experimente müssen in einem sehr weiten Bereich (daher im logarithmischen Maßstab) durchgeführt werden, da sich die Mechanismen in großem Maßstab unterscheiden, beispielsweise bei hoher Wirkstoffkonzentration.

Die Anpassung des Schild-Diagramms an beobachtete Datenpunkte kann mit einer Regressionsanalyse erfolgen .

Schild-Regression für die Ligandenbindung

Obwohl die meisten Experimente die zelluläre Antwort als Maß für den Effekt verwenden, ist der Effekt im Wesentlichen ein Ergebnis der Bindungskinetik; Zur Veranschaulichung des Mechanismus wird daher die Ligandenbindung verwendet. Ein Ligand A bindet gemäß einer Gleichgewichtskonstante an einen Rezeptor R:

${\ displaystyle K_ {d} = {\ frac {k _ {- 1}} {k_ {1}}}}$

Obwohl die Gleichgewichtskonstante aussagekräftiger ist, erwähnen Texte häufig ihre Umkehrung, die Affinitätskonstante (K _aff = k ₁ / k ₋₁ ): Eine bessere Bindung bedeutet eine Erhöhung der Bindungsaffinität.

Die Gleichung für die einfache Ligandenbindung an einen einzelnen homogenen Rezeptor lautet

${\ displaystyle [AR] = {\ frac {[R] _ {t} \, [A]} {[A] + K_ {d}}}}$

Dies ist die Hill-Langmuir - Gleichung, die praktisch das ist Hill - Gleichung für die Agonistenbindung beschrieben. In der Chemie wird diese Beziehung als Langmuir-Gleichung bezeichnet , die die Adsorption von Molekülen an Stellen einer Oberfläche beschreibt (siehe Adsorption ).

${\ displaystyle [R] _ {t}}$ist die Gesamtzahl der Bindungsstellen, und wenn die Gleichung aufgetragen ist, ist es die horizontale Asymptote, zu der die Darstellung tendiert; Mit zunehmender Ligandenkonzentration werden mehr Bindungsstellen besetzt, aber es wird niemals eine 100% ige Belegung geben. Die Bindungsaffinität ist die Konzentration, die erforderlich ist, um 50% der Stellen zu besetzen; Je niedriger dieser Wert ist, desto leichter kann der Ligand die Bindungsstelle besetzen.

Die Bindung des Liganden an den Rezeptor im Gleichgewicht folgt der gleichen Kinetik wie ein Enzym im stationären Zustand ( Michaelis-Menten-Gleichung ) ohne Umwandlung des gebundenen Substrats in ein Produkt.

Agonisten und Antagonisten können verschiedene Auswirkungen auf die Ligandenbindung haben. Sie können die maximale Anzahl von Bindungsstellen, die Affinität des Liganden zum Rezeptor, beide Effekte zusammen oder noch bizarrere Effekte ändern, wenn das untersuchte System intakter ist, beispielsweise in Gewebeproben. (Gewebeabsorption, Desensibilisierung und andere stationäre Ungleichgewichtsstörungen können ein Problem sein.)

Ein überwindbares Medikament verändert die Bindungsaffinität:

• kompetitiver Ligand: ${\ displaystyle K_ {d} '= K_ {d} {\ frac {1+ [B]} {K_ {b}}}}$
• kooperativer allosterischer Ligand: ${\ displaystyle K_ {d} '= K_ {d} {\ frac {K_ {B} + [B]} {K_ {B} + {\ frac {[B]} {\ alpha}}}}$

Ein nicht unüberwindbares Medikament verändert die maximale Bindung:

• nicht wettbewerbsfähige Bindung: ${\ displaystyle [R] '_ {t} = {\ frac {[R] _ {t}} {1 + {\ frac {[B]} {K_ {b}}}}}$
• irreversible Bindung

Die Schild-Regression kann auch zeigen, ob es mehr als einen Rezeptortyp gibt, und sie kann zeigen, ob das Experiment falsch durchgeführt wurde, da das System das Gleichgewicht nicht erreicht hat.

Radioligandenbindungstests

Der erste Radio-Rezeptor-Assay (RRA) wurde 1970 von Lefkowitz et al. Unter Verwendung eines radioaktiv markierten Hormons durchgeführt, um die Bindungsaffinität für seinen Rezeptor zu bestimmen.

Ein Radio-Rezeptor-Assay erfordert die Trennung des gebundenen vom freien Liganden. Dies erfolgt durch Filtration , Zentrifugation oder Dialyse .

Eine Methode, die keine Trennung erfordert, ist der Szintillations-Proximity-Assay , der auf der Tatsache beruht, dass β-Strahlen von ³ H extrem kurze Strecken zurücklegen. Die Rezeptoren sind an Perlen gebunden, die mit einem Polyhydroxyszintillator beschichtet sind. Nur die gebundenen Liganden sollen nachgewiesen werden.

Heutzutage wird das Fluoreszenzverfahren radioaktiven Materialien vorgezogen, da die Kosten viel geringer sind, die Gefahr geringer ist und die Reaktionen mit hohem Durchsatz gemultiplext werden können. Ein Problem besteht darin, dass fluoreszenzmarkierte Liganden ein sperriges Fluorophor tragen müssen, das dazu führen kann, dass es die Ligandenbindung behindert. Daher müssen das verwendete Fluorophor, die Länge des Linkers und seine Position sorgfältig ausgewählt werden.

Ein Beispiel ist die Verwendung von FRET , bei dem das Fluorophor des Liganden seine Energie auf das Fluorophor eines gegen den Rezeptor gerichteten Antikörpers überträgt.

Andere Nachweismethoden wie die Oberflächenplasmonresonanz erfordern nicht einmal Fluorophore.

Siehe auch

• Dosis-Wirkungs-Beziehung

Verweise

Ligandenrezeptorbindung: Kenakin T, 1993. Pharmakologische Analyse der Arzneimittel-Rezeptor-Wechselwirkung New York: Raven Press

Externe Links

• curfitfit.com - Dosis-Wirkungs-Kurven in Gegenwart von Antagonisten für eine klare Erklärung.