易活性化型変異を導入した人工Ｇタンパク質共役型受容体の創製と応用

• Project/Area Number: 19J11256
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 47010:Pharmaceutical chemistry and drug development sciences-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 川上 耕季 東北大学, 薬学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000); Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: Gタンパク質共役型受容体 / GPCR / Gタンパク質 / 恒常活性 / NanoBiT

Outline of Research at the Start

Gタンパク質共役型受容体（GPCR）は創薬標的として重要なタンパク質群である。本研究では、広範なGPCRに適用可能な易活性化型変異を用い、オーファンGPCR群に対するリガンドスクリーニングから、新たにリガンドと受容体の組み合わせを同定すること、さらには、これまでに解明された不活性化型GPCRの構造解析を展開し、上記の易活性化型変異を導入することで活性化型GPCRの構造解析を行う。

Outline of Annual Research Achievements

前年度にGPCRシグナル活性化検出ツールを多数構築しており、本年はそのツールを用いることで、以下の(1)-(6)の研究に応用してきた。
解析が進んでいないG12共役型GPCRに対し、不活性化型のG12がGPCRと結合し、シグナルを抑制すること(Okashah et. al. PNAS 2020), (2) GPCR活性化時に生じるGPCRリン酸化の多様性と、βアレスチンシグナルの関係性(Baidya et al. EMBO rep. 2020)、(3) GPCR活性化時に生じるPLCβの活性化機構の解明(Pfeil et al. Mol Cell. 2020)、 (4)アデノシン受容体活性化を誘導する新規リガンド同定 (Ogawa et al. Mol Cell. 2021)、(5) SMO受容体活性化に起因するPKA活性化機構 (Arveseth et al. Plos Biology. In press)、(6) 天然型のβアレスチンバイアス型ケモカイン受容体の発見 (Pandey et al. BioRxiv)。
活性化変異を用いた解析として、新規リガンド探索、構造解析への応用を研究計画として提示していたが、前者については、前述(4)の結果に加え、複数の生理活性がみられる化合物に対し、200種以上のGPCRのスクリーニングを行い、活性化が見られる化合物とGPCRの組み合わせの同定に至っており、薬理的作用、生理的意義の解明に向けて取り組んでいる。また、後者の構造解析への応用については、現在、共同研究を含め展開しているところである。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] N6-methyladenosine (m6A) is an endogenous A3 adenosine receptor ligand (2021)
  • Author(s): Ogawa Akiko、Nagiri Chisae、Shihoya Wataru、Inoue Asuka、Kawakami Kouki、Hiratsuka Suzune、Aoki Junken、Ito Yasuhiro、Suzuki Takeo、Suzuki Tsutomu、Inoue Toshihiro、Nureki Osamu、Tanihara Hidenobu、Tomizawa Kazuhito、Wei Fan-Yan
  • Journal Title: Molecular Cell Volume: 81 Issue: 4 Pages: 674-674
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2020.12.038
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intrinsic bias at non-canonical, β-arrestin-coupled seven transmembrane receptors (2021)
  • Author(s): Pandey Shubhi、Kumari Punita、Baidya Mithu、Kise Ryoji、Cao Yubo、Dwivedi-Agnihotri Hemlata、Banerjee Ramanuj、Li Xaria X.、Cui Cedric S.、Lee John D.、Kawakami Kouki、Chaturvedi Madhu、Ranjan Ashutosh、Laporte St?phane A.、Woodruff Trent M.、Inoue Asuka、Shukla Arun K.
  • Journal Title: BioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2021.02.02.429298
• [Journal Article] Smoothened Transduces Hedgehog Signals via Activity-Dependent Sequestration of PKA Catalytic Subunits (2021)
  • Author(s): Arveseth C. D., Happ J T. , Hedeen D.S., Zhu J-F, Capener J.L., Shaw D.K., Deshpande I., Liang J., Xu J., Stubben S.L., Nelson I.B., Walker M.F., Kawakami K., Inoue A., Krogan N.J., Grunwald D.J., Hettenhain R., Manglik A., Myers B.R.
  • Journal Title: PLoS Biology Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Agonist-induced formation of unproductive receptor-G12complexes (2020)
  • Author(s): Okashah Najeah、Wright Shane C.、Kawakami Kouki、Mathiasen Signe、Zhou Joris、Lu Sumin、Javitch Jonathan A.、Inoue Asuka、Bouvier Michel、Lambert Nevin A.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 117 Issue: 35 Pages: 21723-21730
  • DOI: 10.1073/pnas.2003787117
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Key phosphorylation sites in GPCRs orchestrate the contribution of β‐Arrestin 1 in ERK 1/2 activation (2020)
  • Author(s): Baidya Mithu、Kumari Punita、Dwivedi‐Agnihotri Hemlata、Pandey Shubhi、Chaturvedi Madhu、Stepniewski Tomasz Maciej、Kawakami Kouki、Cao Yubo、Laporte St?phane A、Selent Jana、Inoue Asuka、Shukla Arun K
  • Journal Title: EMBO reports Volume: 21 Issue: 9
  • DOI: 10.15252/embr.201949886
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Heterotrimeric G Protein Subunit Gαq Is a Master Switch for Gβγ-Mediated Calcium Mobilization by Gi-Coupled GPCRs (2020)
  • Author(s): Pfeil,EM, Brands,J, Merten,N, Vgtle,T, Vescovo,M, Rick, U, Albrecht,I, Heycke,N, Kawakami,K, Ono,Y, Kadji.FMN, Hiratsuka,S, Aoki,J, Heberlein,F, Matthey,M, Garg,J, Hennen,S, Jobin,M, Seier,K, Calebiro,D, Pfeifer,A, Heinemann,A, Wenzel, Dsnig,G, Nieswandt,B, Fleischmann,BK, Inoue,A, Simon K, Kostenis,E
  • Journal Title: Molecular Cell Volume: 80 Issue: 6 Pages: 940-954.e6
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2020.10.027
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Gタンパク質依存的なβアレスチン制御メカニズムの発見と解析 (2020)
  • Author(s): 川上 耕季, 柳川 正隆, 平塚 寿々音, Arun K. Shukla, 佐甲 靖志, 青木 淳賢, 井上 飛鳥
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
• [Presentation] GPCRキナーゼ解析ツールの開発とバイアス型リガンドの解析 (2019)
  • Author(s): 川上耕季、井上飛鳥、平塚寿々音、青木淳賢
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] G-protein dependent GRK-biased agonism at Gq-coupled receptors (2019)
  • Author(s): Kouki Kawakami, Suzune Hiratsuka, Junken Aoki, and Asuka Inoue
  • Organizer: GPCR workshop
  • Int'l Joint Research