トランスポーター構造の捕捉が医薬品開発への道を開く

セントジュード小児研究病院とテキサス大学サウスウェスタン医療センターの科学者らは、がんと免疫に関与するトランスポーターの構造と機能を研究した。 彼らは、阻害剤と結合した場合を含むトランスポーターの 6 つの構造を捕捉し、トランスポーターがどのように機能するかについて前例のない洞察を提供しました。 Cell誌に掲載されたこの研究結果は、医薬品開発に影響を与える。

トランスポーターは、物質がその機能を実行できるように細胞膜を越えて物質を護衛します。 スフィンゴシン-1-リン酸 (S1P) は、免疫系、血管形成、聴覚機能、上皮膜と内皮膜の完全性を調節する重要なシグナル伝達分子です。 化学療法耐性と転移を通じてがん細胞の進行と生存を助けます。

S1P 分子は細胞内で合成されますが、シグナル伝達の役割を果たすためには細胞膜を通過する必要があります。 Spinster ホモログ 2 (Spns2) は S1P トランスポーターです。 このタンパク質は膜上に位置し、細胞の内側に向かって開き、S1P に結合し、次に細胞の外側に向かって開いて S1P を放出します。

研究により、Spns2 活性を変化させると、癌、炎症、免疫疾患に対する治療効果が得られることが示されています。 しかし、Spns2 の輸送メカニズムとそれを阻害する方法は不明でした。

「われわれの構造情報が、将来、Spns2 に対するより高い効力を持つ改良された、より特異的な小分子の開発への道を開くことを願っています」と、共催著者であるセント・ジュード局の Chia-Hsueh Lee 博士は述べた。構造生物学。 「Spns2トランスポーターを治療的に阻害できる大きな可能性があると思います。」

クライオ EM 構造はトランスポーターの仕組みを説明します

研究者らは、Spns2 の 6 つの極低温電子顕微鏡 (cryo-EM) 構造を取得しました。これには、内向き (細胞の内側) と外向きの状態 (細胞の外側) を結び付ける、機能的に関連する 2 つの中間構造 (形状) が含まれます。 この発見により、S1P 輸送サイクルの構造的基盤が明らかになりました。

「特定のトランスポーターの主要な立体構造を捕捉することは稀であるため、これらの結果は非常に満足のいくものであると思います」とリー氏は付け加えた。 「これらの異なる構造を比較することで、このトランスポーターがどのようにS1Pシグナル伝達分子を捕捉するのかについて非常に詳細な全体像が得られます。」

「私たちはクライオEMを使用してこのトランスポーターの構造を捕捉し、それがどのようにしてS1Pを細胞の外側に移動させるかを発見しました」と共筆著者であるセント・ジュード構造生物学部のShahbaz Ahmed博士は述べた。 「私たちはまた、阻害剤を研究し、それがどのようにトランスポーターに結合し、その活性をブロックするのかについての構造データを提供しました。」

研究者らは、Spns2 がオフターゲット効果をほとんど実証していない特定の小分子である阻害剤 16d にどのように結合するかを研究しました。 研究者らは、16dがSpns2を内側を向いた状態にロックすることで輸送活動を停止させることを発見した。 この研究は、高度な Spns2 阻害剤の開発を支援します。

「この阻害剤は実際にタンパク質を内側の立体構造でブロックします。タンパク質がブロックされると、内側から外側に向かうことはできず、シグナル伝達分子を細胞の内側から外側に投げることもできません」とリー教授は語った。 「さらに、シグナル伝達分子は両方とも同じ空洞に結合するため、阻害剤はシグナル伝達分子の結合を物理的にブロックします。」

細胞表面分子は、医薬品開発の魅力的な標的です。 G タンパク質共役受容体 (GPCR) は、食品医薬品局が承認したすべての治療薬の 3 分の 1 の標的となっている細胞表面タンパク質の一種です。 細胞表面分子として、トランスポーターは医薬品開発において同様の可能性を秘めている可能性があります。 したがって、それらの構造と機能を理解することは、病気の治療を改善するために大きく前進する可能性があります。

「私たちの研究は、Spns2を介したS1P輸送サイクルの原子の詳細を明らかにしました。これは、このシグナル伝達スフィンゴ脂質がどのように私たちの免疫系を循環するかを理解する上で重要です」と、共催著者であるXiaochun Li博士（分子遺伝学部門）は述べた。テキサス大学サウスウェスタン医療センター生物物理学。 「この構造は強力な Spns2 阻害剤の開発にも役立ち、がんや自己免疫疾患の治療に貢献する可能性があります。」

ホンウェン・チェン、シャバズ・アーメッド、ホントゥ・チャオ、ナディア・エルゴバシ＝マインハルト、ヤシン・ダイ、ジェフン・キム、ジェフリー・G・マクドナルド、シャオチュン・リー、チアシュエ・リー。
Spns2 を介したスフィンゴシン-1-リン酸の輸送に関する構造的および機能的洞察。
セル、2023。doi: 10.1016/j.cell.2023.04.028