Spatial regulation of heterotrimeric G proteins in chemotactic sensing

异源三聚体 G 蛋白在趋化传感中的空间调控

基本信息

批准号：
20K06631
负责人：
上村陽一郎
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

Gタンパク質共役型受容体（GPCR）シグナリングは基礎生物学や医科学などライフサイエンにおける重要な研究分野である。GPCR受容体は三量体Gタンパク質のグアニンヌクレオチド交換反応によって情報を伝達する。ヒトの白血球や細胞性粘菌のような走化性細胞は化学物質の濃度勾配認識にGPCRシグナリングを利用する。走化性細胞はわずか１%程度の濃度勾配を１０万倍もの濃度域に渡り検出する能力を持つ。申請者は「Gタンパク質シャトリング」と命名した三量体Gタンパク質の細胞内局在制御が勾配認識に必要であることを発見した。この制御の中心はGタンパク質結合因子であるGip1である。Gip1はGタンパク質の脂質修飾を介して細胞質で結合し、走化性物質刺激に応じて解離する。このようなGip1依存的Gタンパク質シャトリング機構がどのように勾配情報を反映した活性化Gタンパク質の膜局在に繋がるかは不明である。そこで、本研究では（１）Gip1とGタンパク質の結合、解離の分子機構、（２）Gタンパク質の空間制御機構の全体像の解明を目的とする。細胞性粘菌を用いた研究から、Gタンパク質の結合因子としてGip1以外にRic8、ElmoE、GflBが知られている。本研究では、これらのGタンパク質結合因子がどのように走化性物質の勾配情報を処理しているかを調べる目的で遺伝学的相互作用を検出する方法を確立した。これにより見出した遺伝学的相互作用について栄養飢餓に対する発生プログラム、走化性を中心に解析を進めた。その結果、Gip1を中心とするGタンパク質の空間制御が走化性応答の広い濃度域で重要であるという結果を得た。この機構は一過的な走化性物質の刺激応答には必須でないが、濃度勾配認識において重要な機能を持つと考えられた。

G蛋白偶联受体（GPCR）信号传导是基础生物学和医学等生命科学的重要研究领域。 GPCR 受体通过三聚体 G 蛋白的鸟嘌呤核苷酸交换反应传递信息。人类白细胞和盘基网柄菌等趋化细胞利用 GPCR 信号传导来识别化学浓度梯度。趋化细胞能够在 100,000 倍的浓度范围内检测到仅约 1% 的浓度梯度。申请人发现三聚体G蛋白的细胞内定位控制（我们称之为“G蛋白穿梭”）对于梯度识别是必要的。这种调节的中心是 Gip1，一种 G 蛋白偶联因子。 Gip1 通过 G 蛋白的脂质修饰结合在细胞质中，并响应趋化剂刺激而解离。目前尚不清楚这种 Gip1 依赖性 G 蛋白穿梭机制如何导致反映梯度信息的活化 G 蛋白的膜定位。因此，本研究的目的是阐明（1）Gip1和G蛋白之间结合和解离的分子机制，以及（2）G蛋白空间控制机制的整体图景。根据盘基网柄菌属的研究，除了 Gip1 之外，Ric8、ElmoE 和 GflB 也是 G 蛋白结合因子。在本研究中，我们建立了一种检测遗传相互作用的方法，以研究这些 G 蛋白偶联因子如何处理趋化梯度信息。我们继续分析通过这项研究发现的遗传相互作用，重点关注针对营养饥饿的发育程序和趋化性。结果，我们得到了以Gip1为中心的G蛋白的空间调节在宽浓度范围的趋化反应中很重要的结果。尽管这种机制对于瞬时趋化刺激反应不是必需的，但它被认为在浓度梯度识别中具有重要功能。