シカゴ大学の研究者らは、接着Gタンパク質共役受容体の完全な画像とそれらを活性化する代替手段を捕捉し、創薬の新たな機会を切り開いた
細胞膜に埋め込まれたタンパク質である G タンパク質共役受容体 (GPCR) は、食品医薬品局によって承認されている全薬剤のほぼ 35% の標的となっています。比較すると、ヒトにおいてこれらの受容体の中で 2 番目に大きなファミリーを形成する接着 G タンパク質共役受容体 (aGPCR) には、それらを標的とする承認された薬剤がありません。
aGPCR 受容体は、組織成長、免疫応答、器官形成などのプロセスに関与しています。 aGPCR が機能不全に陥ると、がんや脳疾患の発症に関与し、成長の問題やその他の病気の原因となります。
シカゴ大学 (UChicago) の研究では、2 つの強力なイメージング技術を組み合わせて、長く複雑な細胞外領域がどのように表現されるかを含む、一般的な aGPCR の完全な構造を研究しました (写真を参照してください）細胞表面に埋め込まれた膜貫通領域と相互作用します。細胞外領域のさまざまな位置と動きは、受容体を活性化する重要な方法であると考えられます。
「これにより、接着 GPCR を薬物投与する新たな機会が開かれます。なぜなら…細胞外領域が膜貫通領域と連絡しているからです」と博士は述べた。 デメット車両、 シカゴ大学の生化学および分子生物学の准教授であり、2006 年に発表された研究の上級著者 ネイチャーコミュニケーションズ。
aGPCR の細胞外領域は細胞膜から細胞の外側の空間にまで広がり、そこで他の細胞からの分子や受容体に結合できます。これは、自身を 2 つの断片に切断することができる GPCR 自己タンパク質分解誘導 (GAIN) ドメインを含むいくつかのドメインで構成されています。
aGPCRは、細胞外ドメインの1つに結合する細胞外からのリガンドによって活性化され、GAINドメインを分割し、膜貫通領域に結合したテザーアゴニスト（TA）と呼ばれるこのドメインからのペプチドを残すと考えられていた。この分離された TA は移動して膜貫通領域と相互作用し、シグナル伝達を開始します。
しかし、生化学研究の増加により、多くの aGPCR 機能がこの切断依存メカニズムに依存していないことが示されています。 GAIN ドメインの分離も不可逆的であり、受容体が一定の「オン」状態のままになり、細胞にとって有害となる可能性があります。細胞は受容体のオンとオフを切り替える必要がある場合があるため、それを行う別の方法が必要です。
Araç の研究室は、入ってくるシグナルが細胞の外側から内側にどのように伝達されるかを知ることを望んで、全長 aGPCR の構造を明らかにするために 10 年以上取り組んできました。
大学院生のシモン・コルドン博士は、脳シナプスの発達に関与するaGPCRであるラトロフィリン3の完全な構造の画像を捕捉するという以前の研究をさらに発展させた新しい研究を主導し、注意欠陥多動性障害と一部のがんの両方とも関連している。
Kordon と Araç は、Latrophilin3 の生成と精製を最適化し、最初の電子顕微鏡画像を取得しましたが、受容体の良好な画像を取得するには多くの課題に直面しました。
シカゴ大学シカゴ校の生化学および分子生物学のオトSAスプラーグ特別教授であるアントニー・コシアコフ博士と協力して、aGPCRに結合できる合成抗体を作成しました。細胞外領域はこの抗体によって安定化され、独特の形状を与え、コルドンはクライオ電子顕微鏡 (クライオ EM) を使用して完全な受容体構造の画像をキャプチャできるようになりました。得られた画像は、完全な aGPCR の構造を初めて捉えたものでした。
クライオ EM 画像は、受容体の GAIN ドメインが細胞表面に対していくつかの異なる位置をとることを示しました。 GAIN ドメインのそれぞれ異なる位置により、GAIN ドメインと膜貫通領域の間に異なる接触点が作成されました。研究者らは、GAIN ドメインを完全に分離することなく、これらの異なる構成が細胞への通信の異なる手段になるのではないかと考えました。そこで、彼らは博士と提携しました。 レザ・ヴァファバクシュノースウェスタン大学の分子生物科学准教授とノースウェスタン大学の博士研究員であるクリスティーナ・チェコバ博士は、細胞外領域の動きを追跡する第2シリーズの実験を実施することになった。
Cechova氏とチームは、互いに近接した分子間のエネルギー移動を測定できるフェルスター共鳴エネルギー移動(FRET)イメージングを使用した。 aGPCRの細胞外領域と膜貫通領域の両方の異なる点に蛍光マーカーを付着させた後、それを引っ張ったり押したりする接着力に反応するその動きを追跡することができた。彼らが目にしたものは、さまざまな構成の機能についての疑念を裏付けるものでした。
研究、 “細胞外ドメインと膜貫通ドメイン間の立体構造結合がホロ接着 GPCR 機能を調節する」は、国立衛生研究所、シカゴ生物医学コンソーシアム、国立がん研究所の支援を受けました。その他の著者には、シカゴ大学のスミット J. バンデカール、キャサリン レオン、プシェミスワフ ドゥトゥカ、ノースウェスタン大学のグレイシー シファーが含まれます。
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2024-12-27 12:04:00