Structural analysis of biased agonism in GPCR and drug discovery

GPCR 和药物发现中偏向激动的结构分析

基本信息

批准号：
19J22636
负责人：
前田信太郎
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

Gタンパク質共役受容体(GPCR)は細胞外からの刺激に応じてその構造を変化させ、3量体Gタンパク質やアレスチンなどの細胞内の情報伝達を担う分子を活性化する。これまでに数多くのGPCR作動薬 (アゴニスト)が開発されたことにより、アゴニストの中には内在性基質とは異なるシグナル・プロファイルを示すもの(バイアスド・アゴニスト)があることが報告されてきた。しかしながら、これらのバイアスド・アゴニストが同一のGPCRに対してどのような構造変化を引き起こすのかは未だに解明されていない。本研究ではスフィンゴシン1-1リン酸 (S1P)を受容するS1PR3と様々なリガンドの複合体の構造を解析することで、バイアスド・アゴニストがどのように細胞内のシグナル伝達にバイアスを掛けているのか明らかにするとともに、目的のシグナルのみを伝えるバイアスド・アゴニストをデザインできるようにすることを目的としている。本年度は、昨年度まとめた論文が公開された。さらに、バイアスドアゴニストであるd16:1 S1Pの結合した状態のS1PR3を結晶構造解析で決定した。しかしながら、受容体側の構造は内在性アゴニストの結合した状態とほとんど同じで、バイアスの機構の構造生物学的解明には至らなかった。この原因はGタンパク質が結合するときに始めてリガンドによる構造の違いが見出せるのではないかと考えた。そこで、超低温電子顕微鏡を用いた単粒子解析によって、Gタンパク質複合体の構造解明を試みた。Gタンパク質が結合することで、リガンドと受容体単体の構造では見られなかった構造変化が確認された。これらの知見からバイアスドアゴニズム機構が解明されることが期待される。

G蛋白偶联受体（GPCR）会因细胞外刺激而改变其结构，并激活负责细胞内信号传导的分子，例如三聚体G蛋白和阻止蛋白。迄今为止，随着众多GPCR激动剂（激动剂）的发展，据报道，一些激动剂表现出与内源性底物（偏置激动剂）不同的信号谱。但是，仍然不清楚这些偏见的激动剂会导致同一GPCR的结构变化。这项研究旨在分析接受1-1磷酸盐（S1P）的S1PR3的各种配体复合物的结构，以阐明细胞内偏置激动剂信号的偏见，并启用仅传达感兴趣信号的偏见激动剂的设计。今年，去年发表的一篇论文已发表。此外，通过晶体结构分析确定了偏置激动剂D16：1 S1P的界面状态的S1PR3。但是，受体侧结构几乎与内源性激动剂的结合状态相同，并且没有实现偏置机理的结构生物学阐明。我们认为原因可能是只有在G蛋白结合时才能发现基于配体的结构差异。因此，我们试图使用超晶元显微镜单个颗粒分析来阐明G蛋白复合物的结构。 G蛋白的结合证实了单独的配体和受体结构中未见的结构变化。希望从这些发现中阐明偏见激动剂机制。