心筋細胞間コミュニケーションにおけるＧＰＣＲの機能解析が可能な光制御技術の開発

开发光控制技术，可对心肌细胞之间的通信中的 GPCR 进行功能分析

基本信息

批准号：
16J04820
负责人：
竹之内修
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

脳や心臓で重要な役割を担う細胞膜受容体の機能を制御するべく、アドレナリン受容体と足場タンパク質「アレスチン」のそれぞれに光を受容して二量体化するタンパク質を結合させた、新規機能性タンパク質プローブを作製した。プローブを培養細胞HEK293へと導入し、青色光の照射によって二量体形成を誘導した結果、二量体化したアドレナリン受容体はエンドサイトーシスされた後、相互作用の時間の長さに応じてリソソームで分解されることが判明した。また、光照射をやめると、二量体は解消されて細胞膜上へと戻ることが明らかとなった。上記の結果は、アドレナリン受容体の細胞内輸送がアレスチンによって直接的に制御されることを示すとともに、光を用いることで細胞内輸送経路を人為的に制御可能であることが明らかとなった。また、異なる5種の細胞膜受容体の制御も可能であったことから、細胞膜受容体の人為的制御において、「光を用いたアレスチンとの会合」が重要性であることが明らかとなった。近年の研究結果から、一部の細胞膜受容体はアレスチンと会合することで特定のシグナル経路を誘導することが知られている。そこで、光による二量体形成時のシグナル挙動を検証した結果、細胞膜受容体の種類ごとに異なるシグナル挙動（活性化および不活性化）が得られた。アレスチンを介するシグナル経路の制御メカニズムは細胞膜受容体ごとに異なる可能性が示唆された。本研究で開発されたツールは、標的となる細胞膜受容体を細胞膜から人為的に減少させることが可能であることから、将来的に脳や心臓において細胞膜受容体の活性を自在に制御することが可能であると考えられる。今後、心筋細胞へと本ツールを応用し、心臓において重要とされる心筋の拍動制御や抗酸化シグナル経路の光制御を行う予定である。

为了控制在大脑和心脏中发挥重要作用的细胞膜受体的功能，我们创造了一种新的功能，其中一种在接收光时发生二聚化的蛋白质附着在肾上腺素能受体和支架蛋白“arrestin A”上。创建了蛋白质探针。将探针引入培养的HEK293细胞中，通过蓝光照射诱导二聚化，二聚化的肾上腺素受体被内吞后，反应时间取决于相互作用的长度，发现它在溶酶体中被降解。此外，还表明当停止光照射时，二聚体溶解并返回到细胞膜。上述结果表明，肾上腺素能受体的细胞内转运直接受抑制蛋白控制，同时也揭示了细胞内转运途径可以利用光进行人为控制。此外，由于可以控制五种不同类型的细胞膜受体，因此很明显“利用光与视紫红质抑制蛋白结合”在细胞膜受体的人工控制中很重要。最近的研究结果表明，一些细胞膜受体通过与抑制蛋白结合诱导特定的信号通路。因此，通过验证光形成二聚体期间的信号行为，我们获得了每种类型的细胞膜受体的不同信号行为（激活和失活）。有人提出，视紫红质抑制蛋白介导的信号通路的控制机制可能因细胞膜受体的不同而不同。这项研究开发的工具可以人为地减少细胞膜上的靶细胞膜受体，因此未来自由控制大脑和心脏中细胞膜受体的活性被认为是可能的。未来，我们计划将该工具应用于心肌细胞，以控制心肌搏动并光学控制抗氧化信号通路，这对心脏很重要。