Pharmacological evaluation of Gα specific coupling at the NOP receptor

This study is focused on a peculiarity of G protein-coupled receptors (GPCRs), the so called ‘biased agonism’. This property is an intense ambit of investigation in drug discovery and development because of the potential in dissecting a given GPCR transduction routes with a single molecule. Biased agonists are defined as those molecules capable of triggering a subset of all possible GPCR conformations and signaling outcomes physiologically activated by the endogenous agonist. In turn, a biased agonist should be capable of modulating a part of the biological effects of the GPCR. We employed the nociceptin/orphanin FQ (N/OFQ) peptide (NOP) receptor because of the vastity of action modulated including pain, sedation, sepsis, stress and anxiety disorders, addiction and substance abuse, neurological conditions, cough, and neurogenic bladder. Therefore, a molecule capable of tackling a subset of these actions would be highly beneficial. Previous research indicated NOP agonists favor G protein recruitment over βArrestins and that G proteins are the main players of NOP signaling. Here, we focused on NOP-Gα selectivity, analyzing the interaction with various G proteins, particularly the inhibitory G protein Gz. The endogenous peptide N/OFQ exhibits a preference for inhibitory G proteins, emphasizing specificity in modulating inhibitory signaling pathways. Twenty, among synthetic peptides and non-peptide agonists, showed various pharmacological effects at different transducers, that, however, are not largely dissimilar across transducers. Our results suggest limited conformational changes at the NOP receptor and, with this study we speculate on the NOP receptor's adeptness at unbiased activation of Gαi1, Gαi2, Gαi3, GαoA, GαoB, and Gαz. The findings advocate for innovative pharmacophores to deepen the understanding of NOP signaling, overcome existing limitations, and advance therapeutic possibilities in various medical domains.

Questo studio farmacologico si concentra su una particolarità dei recettori accoppiati alle proteine G (GPCR), chiamata 'agonismo biased'. Questa proprietà è un ambito di intensa indagine nella scoperta e nello sviluppo di farmaci a causa della possibilità di sezionare alcune vie di trasduzione di un dato GPCR con una singola molecola. Gli agonisti biased sono definiti come molecole capaci di attivare un sottoinsieme di tutte le conformazioni recettoriali e di vie del segnale attivate a livello fisiologico da un agonista endogeno. Un agonista biased dovrebbe essere in grado di modulare una parte degli effetti biologici del GPCR. Ci siamo focalizzati sul recettore del peptide nocicettina/orfanina FQ (N/OFQ) (NOP) a causa della vastità delle azioni da esso modulate, tra cui dolore, sedazione, sepsi, disturbi dello stress e dell'ansia, dipendenza e abuso di sostanze, condizioni neurologiche, tosse e vescica neurogena. Pertanto, una molecola che abbia come bersaglio un sottoinsieme di queste azioni sarebbe altamente benefica. Ricerche precedenti indicavano che gli agonisti NOP favoriscono il reclutamento di proteine G rispetto alle β-arrestine e che le proteine G sono i principali attori dei segnali mediati dall’attivazione del recettore NOP. Quindi ci siamo concentrati sulla selettività NOP-Gα, analizzando l'interazione con varie proteine G, in particolare con la proteina G inibitoria Gz. Il peptide endogeno N/OFQ mostra una preferenza per le proteine G inibitorie, sottolineando la specificità nella modulazione delle vie di segnalazione inibitorie. Venti tra peptidi sintetici e agonisti non peptidici hanno mostrato vari effetti farmacologici su diversi trasduttori, che tuttavia non sono molto dissimili tra i trasduttori. I nostri risultati suggeriscono limitate variazioni conformazionali nel recettore NOP e, con questo studio, speculiamo sull'abilità del recettore NOP di attivare in modo biased i trasduttori Gαi1, Gαi2, Gαi3, GαoA, GαoB e Gz. I risultati sottolineano la necessità di farmacofori innovativi per approfondire la comprensione delle vie di segnale del recettore NOP e per superare le limitazioni esistenti e avanzare nelle possibilità terapeutiche in vari settori medici.