O canabidiol (CBD) modula os efeitos do THC no cérebro ao se ligar a um local específico do receptor CB1R, reduzindo sua ativação. Essa interação pode explicar por que o CBD atenua alguns efeitos do THC, como ansiedade e paranoia. O estudo identifica um novo local de ligação intracelular para o CBD, o que pode ajudar no desenvolvimento de novos medicamentos que controlem melhor os efeitos dos canabinoides no organismo.
O receptor canabinoide 1 (CB1R) é uma proteína encontrada no sistema nervoso e desempenha um papel fundamental em diversas funções do organismo, como controle da dor, regulação do apetite, metabolismo e respostas ao estresse. Por isso, tem sido amplamente estudado como um possível alvo terapêutico para tratar condições como obesidade, dor crônica, vômitos e síndrome metabólica.
Muitas substâncias podem interagir com esse receptor, ativando ou modulando sua função. O tetrahidrocanabinol (THC), por exemplo, é um composto presente na maconha que ativa diretamente o CB1R.
Já o canabidiol (CBD), outro composto da planta, não ativa o receptor da mesma forma, mas funciona como um modulador alostérico negativo (NAM), alterando sua atividade de maneira indireta. No entanto, a forma exata como o canabidiol interage com o CB1R ainda não era completamente compreendida.
Pesquisas anteriores utilizaram diferentes técnicas para tentar identificar os locais exatos onde substâncias moduladoras, como o canabidiol, se ligam ao CB1R.
Estudos estruturais utilizando cristalografia de raios X haviam identificado um local específico para um outro modulador alostérico negativo chamado ORG27569, que se liga a uma região externa do receptor, dentro da membrana celular.
Por outro lado, simulações computacionais sugeriram que o canabidiol poderia se ligar em múltiplos locais dentro da estrutura do CB1R, mas não havia consenso sobre qual seria o principal. Alguns estudos chegaram a sugerir que o canabidiol poderia ocupar o mesmo local que o ORG27569, mas isso ainda precisava ser investigado com mais profundidade.
Para esclarecer essa questão, os pesquisadores da University of Mississippi, USA, realizaram um estudo detalhado combinando diversas técnicas avançadas.
Primeiramente, utilizaram modelagem computacional para prever os possíveis locais de ligação do canabidiol ao CB1R, incluindo docking molecular (um método que simula como uma molécula se encaixa em uma proteína) e simulações de dinâmica molecular (MD), que analisam o comportamento das moléculas ao longo do tempo.
Além disso, realizaram cálculos de energia livre de ligação, que ajudam a determinar qual local é mais favorável para a interação do canabidiol com o receptor. Por fim, fizeram experimentos laboratoriais de mutagênese, nos quais alteraram partes específicas do CB1R para testar a importância de certos resíduos de aminoácidos na ligação do canabidiol.
Os resultados dessas análises mostraram que o canabidiol pode se ligar a dois locais distintos no CB1R. O primeiro é o mesmo local identificado anteriormente para o ORG27569, na parte externa do receptor dentro da membrana celular.
O segundo local de ligação do canabidiol fica dentro da célula, em uma região específica do receptor CB1, entre três de suas hélices e uma estrutura chamada hélice 8. Esse local nunca havia sido identificado antes nesse receptor, mas é semelhante a áreas já conhecidas em outras proteínas da mesma família, que desempenham papéis importantes na regulação de várias funções do corpo.
Para confirmar qual desses dois locais seria o mais importante para a ação do canabidiol, os cientistas modificaram resíduos específicos dentro de cada região e avaliaram como isso afetava a ligação da substância ao CB1R.
Descobriram que mutações nos resíduos S4018.47 e D4038.49 aumentaram a ligação de outra substância usada no estudo, o que indica que essas partes do receptor são cruciais para a interação com o canabidiol.
Assim, os resultados mostraram que o canabidiol se liga preferencialmente a uma região interna do receptor CB1, próxima a três segmentos estruturais principais e uma hélice adicional.
Dentro dessa área, o canabidiol interage com partes específicas da proteína que parecem ser essenciais para essa ligação, o que pode influenciar a forma como o receptor funciona e modular seus efeitos no organismo.
Essa descoberta é extremamente relevante porque ajuda a entender melhor como o canabidiol age no organismo e pode contribuir para o desenvolvimento de novos medicamentos.
O fato de o canabidiol se ligar a um sítio alostérico intracelular pode explicar sua capacidade de modular diferentes receptores no corpo, o que pode estar relacionado aos seus diversos efeitos terapêuticos.
Além disso, essas informações podem ser usadas para projetar novos moduladores alostéricos do CB1R que sejam mais seletivos e eficazes, abrindo caminho para tratamentos mais precisos e com menos efeitos colaterais.
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Determination of the Negative Allosteric Binding Site of Cannabidiol at the CB1 Receptor: A Combined Computational and Site-Directed Mutagenesis Study
Pankaj Pandey, Ayat Zagzoog, Robert B. Laprairie, William M. Neal, Robert J. Doerksen, Amar G. Chittiboyina
ACS Chemical Neuroscience, Vol 16/Issue 3, January 15, 2025
Abstract:
Cannabinoid receptor 1 (CB1R) has been extensively studied as a potential therapeutic target for various conditions, including pain management, obesity, emesis, and metabolic syndrome. Unlike orthosteric agonists such as Δ9-tetrahydrocannabinol (THC), cannabidiol (CBD) has been identified as a negative allosteric modulator (NAM) of CB1R, among its other pharmacological targets. Previous computational and structural studies have proposed various binding sites for CB1R NAMs. An X-ray crystal structure revealed a binding site for the NAM, ORG27569, at an extrahelical location within the inner leaflet of the membrane. In contrast, multiple computational studies have previously proposed several potential allosteric binding sites for CBD within the CB1R structure. Given that a prior structural study suggested CBD might occupy the same site as ORG27569, we conducted a comprehensive investigation of potential CBD binding sites using molecular docking, molecular dynamics (MD) simulations, metadynamics (MTD) simulations, binding free-energy calculations, and in vitro mutagenesis experiments. Molecular docking, MD, and MTD simulations results, along with binding free-energy calculations, suggest that CBD may potentially bind to either the same extrahelical site as ORG27569 or a previously unidentified intracellular site located near TMHs 2, 6, and 7 and helix 8. This intracellular site is consistent with allosteric binding sites observed in other G protein-coupled receptors (GPCRs). To establish the most favorable allosteric site for CBD, we conducted site-directed mutagenesis of key residues at each site. Mutations at S4018.47ΔA and D4038.49ΔA augmented the binding of [3H]-SR141716A, suggesting these residues play critical roles in CBD binding. As a result, the combined computational and mutagenesis results identified a binding site for CBD between TMHs 2, 6, and 7 and helix 8, involving residues Y1532.40, I1562.43, M3376.29, L3416.33, S4018.47, and D4038.49. These findings provide valuable insights into how CBD binds to CB1R, thereby informing the rational design of new, selective, and potent NAMs. Moreover, the elucidation of this previously unexplored allosteric site might explain the polypharmacology of CBD due to structural conservation among Class A GPCRs.
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