リガンド結合の速度論と平衡

結合は瞬間的ではありません。リガンドは有限の速度で受容体と結合および解離し、これら2つのバランスが平衡親和性と相互作用の時間経過を決定します。速度論は、定常状態においてどれだけのリガンドが結合しているかだけでなく、その状態にどれだけ早く到達するか、そして複合体がどれだけ長く持続するかを問います。

Definition

リガンド結合速度論は、リガンドがその結合部位と時間依存的に結合および解離する過程を記述するものであり、結合速度定数 (kon) と解離速度定数 (koff) によって支配されます。これらの比率が平衡解離定数 (Kd = koff/kon) を定義し、定常状態での結合特性を特徴づけます。

Scope

このトピックでは、リガンドの結合および解離速度定数、それらと平衡解離定数との関係、滞留時間の概念、そして放射性リガンドアッセイおよび関連アッセイにおける結合の測定と分析方法について扱います。これには、観察された阻害と根底にある親和性定数との間の変換も含まれます。これは薬力学における参照資料であり、投与量に関する指針を提供するものではありません。

Core questions

• リガンドは受容体にどれくらいの速さで結合し、解離するのでしょうか？
• 結合および解離速度定数は、どのように平衡親和性を決定するのでしょうか？
• 滞留時間とは何ですか、また結合の持続期間が重要であるのはなぜでしょうか？
• 放射性リガンド飽和および競合実験から、結合パラメーターはどのように抽出されるのでしょうか？

Key concepts

• 結合速度定数 (kon)
• 解離速度定数 (koff)
• 平衡解離定数 (Kd = koff/kon)
• 滞留時間
• 飽和結合およびスキャッチャード解析
• 競合結合 (IC50, Ki)
• 特異的結合と非特異的結合

Key theories

質量作用の結合速度論

リガンドと受容体の結合を、kon と koff によって支配される二分子反応として扱い、質量作用の法則を通じて結合の時間経過と平衡占有率を予測する枠組みです。

Cheng-Prusoff の関係式

結合アッセイにおいて半最大阻害 (IC50) を生じる競合物質の濃度を、使用された放射性リガンドの濃度とその親和性について補正することにより、競合物質の真の親和性定数 (Ki) に変換する関係式です。

Mechanisms

リガンドと受容体は、結合速度定数 kon および遊離リガンドと遊離受容体の濃度によって設定される速度で結合し、複合体は解離速度定数 koff によって設定される速度で分解します。平衡状態では、これら2つの相反するプロセスが釣り合い、その比率が平衡解離定数 Kd = koff/kon を定義します。同じ平衡親和性は、非常に異なる速度の組み合わせから生じる可能性があるため、同じ Kd を持つ2つのリガンドは、結合速度、特に解離速度において大きく異なる可能性があります。これは、複合体の平均寿命である滞留時間によって捉えられます。実験室では、これらの量は速度論的経時変化実験および平衡飽和アッセイから得られ、競合アッセイでは、放射性リガンドの半分を置換する非標識リガンドの濃度が測定されます。その後、Cheng-Prusoff の関係式を用いて、その半阻害濃度を、使用された放射性リガンドについて補正することにより、リガンドの親和性定数に変換します。Motulsky と Mahan は、標識リガンドと非標識リガンドが競合する場合に予想される速度論を導き出し、そのような実験から速度定数を推定することを可能にしました。

Clinical relevance

結合速度論は、標的結合の速度と持続性がどのように特徴付けられるかを示し、滞留時間の概念は、一部の相互作用が遊離薬物の存在を超えて持続する理由を考察する一つの方法です。これらは結合データを解釈するための参照原理であり、投与量や治療に関する指示を提供するものではありません。

Evidence & guidelines

速度論的および平衡結合分析は、臨床ガイドラインではなく、実験室薬理学と標準化された方法論に基づいています。定量的な慣例は、標準的な参考文献および国際基礎臨床薬理学連合 (IUPHAR) の命名法に定められています。

History

定量的な結合分析は、1970年代に放射性リガンド法の導入とともに成熟し、受容体数と親和性を直接測定できるようになりました。Cheng と Prusoff の1973年の関係式は、競合アッセイを真の親和性の観点から解釈可能にし、Motulsky と Mahan の1984年の研究は、競合結合実験のための速度論的理論を提供しました。Colquhoun のメカニズムに関する研究は、これらの測定された定数を、根底にある単一受容体の結合およびゲーティングプロセスに結びつけました。

Key figures

• David Colquhoun
• Harvey J. Motulsky
• Yung-Chi Cheng
• William H. Prusoff

Seminal works

• cheng-prusoff-1973
• motulsky-mahan-1984

Frequently asked questions

2つの薬剤が同じ親和性を持つが、異なる速度論を示すことはありますか？

はい、あります。親和性は解離速度定数と結合速度定数の比率であるため、2つの薬剤は同じ平衡親和性を共有しながらも、非常に異なる速度で結合および解離することがあり、これにより異なる滞留時間を持つことになります。

Cheng-Prusoff の式は何をするものですか？

この式は、放射性リガンド結合を半阻害する競合物質の濃度 (IC50) を、アッセイで使用された放射性リガンドの濃度と親和性について補正することにより、競合物質の真の親和性定数 (Ki) に変換します。