ｃｌａｓｓ Ａ ＧＰＣＲｓの構造解析

• Project/Area Number: 17J30010
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Structural biochemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 志甫谷 渉 東京大学, 理学系研究科生物科学専攻生物化学講座構造生命科学研究室, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: GPCR / エンドセリン受容体 / X線結晶構造解析 / クライオ電子顕微鏡 / 単粒子解析 / 構造生物学 / ボセンタン / 治療薬

Outline of Annual Research Achievements

エンドセリン受容体拮抗薬は、今日までボセンタンを基に開発が進められている。そのため、エンドセリン受容体拮抗薬はみな類似した化合物骨格であり、多様性が少ない。薬理作用は化合物骨格に強く依存するため、エンドセリン受容体拮抗薬のさらなる臨床応用のためには化合物空間の拡張が必要である。ボセンタンとは異なる化合物骨格を持つ拮抗薬に、IRL2500というものがある。IRL2500はエンドセリンのC末端の一部を模倣して作られた拮抗薬であり、ボセンタンとは大きく異なっている。我々は、IRL2500の結合様式を理解できれば、ボセンタン以外にも受容体を阻害し得る化合物骨格が同定できると考え、IRL2500結合型のエンドセリン受容体B型の構造を決定した。IRL2500はET-1とは全く異なる結合様式であった。IRL2500はボセンタンと同様に受容体の正電荷を持つアミノ酸と相互作用していたものの、IRL2500は受容体の結合ポケットのより深い位置で相互作用しており、強固に不活性化状態を固定していた。このことから我々は、IRL2500が単なる拮抗薬ではなく受容体の恒常的な活性をも抑制する、逆作動薬ではないかと考えた。機能解析を試みた結果、IRL2500が逆作動薬であることを解明した。
PAC1受容体はクラスB GPCRの一種であり、PACAP を受容する。PAC1受容体は中枢神経系および末梢組織に広く存在しており、様々な機能を有している。我々はクライオ電子顕微鏡を用いてPACAPリガンド、ヒト由来PAC1受容体、Gsタンパク質三量体からなるシグナル伝達複合体の立体構造を原子分解能で決定した。これにより、PACAPリガンドの認識機構と活性化した受容体によるシグナル伝達メカニズムを解明した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Cryo-EM structure of the human PAC1 receptor coupled to an engineered heterotrimeric G protein (2020)
  • Author(s): Kobayashi Kazuhiro、Shihoya Wataru、Nishizawa Tomohiro、Kadji Francois Marie Ngako、Aoki Junken、Inoue Asuka、Nureki Osamu
  • Journal Title: Nature Structural & Molecular Biology Volume: 27 Issue: 3 Pages: 274-280
  • DOI: 10.1038/s41594-020-0386-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Crystal structure of human endothelin ETB receptor in complex with peptide inverse agonist IRL2500 (2019)
  • Author(s): Nagiri Chisae、Shihoya Wataru、Inoue Asuka、Kadji Francois Marie Ngako、Aoki Junken、Nureki Osamu
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 2 Issue: 1 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1038/s42003-019-0482-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Crystal structure of heliorhodopsin (2019)
  • Author(s): W. Shihoya, K. Inoue, M. Singh, M. Konno, S. Hososhima, K. Yamashita, K. Ikeda, A. Higuchi, T. Izume, Okazaki S, Hashimoto M, Mizutori R, Tomida S, Yamauchi Y, Abe-Yoshizumi R, K. Katayama, SP. Tsunoda, M. Shibata, Y. Furutani, A. Pushkarev, O. Béjà, T. Uchihashi, H. Kandori, O. Nureki
  • Journal Title: Nature Volume: 574 Issue: 7776 Pages: 132-136
  • DOI: 10.1038/s41586-019-1604-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Crystal structures of human ETB receptor provide mechanistic insight into receptor activation and partial activation (2018)
  • Author(s): Shihoya Wataru、Izume Tamaki、Inoue Asuka、Yamashita Keitaro、Kadji Francois Marie Ngako、Hirata Kunio、Aoki Junken、Nishizawa Tomohiro、Nureki Osamu
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 9 Issue: 1 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07094-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] X-ray structures of endothelin ETB receptor bound to clinical antagonist bosentan and its analog (2017)
  • Author(s): Shihoya Wataru、Nishizawa Tomohiro、Yamashita Keitaro、Inoue Asuka、Hirata Kunio、Kadji Francois Marie Ngako、Okuta Akiko、Tani Kazutoshi、Aoki Junken、Fujiyoshi Yoshinori、Doi Tomoko、Nureki Osamu
  • Journal Title: Nature Structural & Molecular Biology Volume: 24 Issue: 9 Pages: 758-764
  • DOI: 10.1038/nsmb.3450
  • Peer Reviewed
• [Presentation] エンドセリン受容体B型によるリガンド認識の構造基盤 (2018)
  • Author(s): 志甫谷 渉, 井爪 珠希, 名切 千彩恵, 西澤 知宏, 濡木 理
  • Organizer: 第22回日本心血管内分泌代謝学会学術総会
  • Invited
• [Presentation] Structural Basis for Ligand Recognition by Endothelin ETB Receptor (2017)
  • Author(s): Wataru Shihoya, Izume Tamaki, Nagiri Chisae, Akiko Okuta, Kazutoshi Tani, Tomohiro Nishizawa, Yoshinori Fujiyoshi, Osamu Nureki, Tomoko Doi
  • Organizer: 第15回国際エンドセリン会議
  • Int'l Joint Research