| Project/Area Number |
21H04791
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 47:Pharmaceutical sciences and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
井上 飛鳥 東北大学, 薬学研究科, 教授 (50525813)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加藤 英明 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (80805961)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥41,730,000 (Direct Cost: ¥32,100,000、Indirect Cost: ¥9,630,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
Fiscal Year 2022: ¥16,120,000 (Direct Cost: ¥12,400,000、Indirect Cost: ¥3,720,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000)
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| Keywords | GPCR / G12 / DREADD |
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| Outline of Research at the Start |
Gタンパク質共役型受容体（GPCR）は既存薬の約3割の作用標的となる重要な膜タンパク質である。このうち、G12とG13へとシグナル伝達を行うGPCRは解析が進んでおらずこれを標的とした薬は開発されていない。本研究では、G12やG13を自在にシグナルを誘導可能な人工GPCRを開発し、これを疾患モデルにマウスに発現させることで、G12シグナルやG13シグナルが疾患治療効果を有するかを明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
12共役型デザイナーGPCR(G12D)を肝細胞特異的に発現させたHep-G12Dマウスの体重抑制作用について、肝臓由来のホルモン（ヘパトカイン）に着目した解析を行った。その結果、ヘパトカインの1種であるFGF21がG12D活性化時に肝臓にて発現増加が見られることがわかった。さらに、抗FGF21抗体によりFGF21の機能阻害を行った条件において、高脂肪食負荷でのデザイナーリガンド投与によるHep-G12Dマウスの体重抑制作用が消失した。従って、肝臓のG12シグナルを介した体重抑制作用にFGF21が関与することを見出した。また、肝臓からのリポタンパク質分泌を測定したところ、デザイナーリガンドの慢性投与によりリポタンパク質分泌が増加することを見出した。脂肪G12共役型デザイナーGPCR発現マウスについて、寒冷刺激処置によるベージュ脂肪細胞の機能評価を行った。アドレナリンβ3受容体作動薬とデザイナーリガンドを投与した条件において、寒冷刺激処置による体温温度低下作用が減弱することを見出した。従って、脂肪細胞のG12シグナルは白色脂肪細胞のベージュ化を促進し、これが熱産生に機能であることがわかった。
G12DとGα12サブユニットの複合体およびG12DとGα13サブユニットの複合体の構造モデルを構築し分子動力学計算を行った。その結果、G12DとGαサブユニットの結合様式に差異が生じていることを見出した。Gα12とGα13の別々の相互作用に関与しうるG12Dの4カ所の残基について、アミノ酸置換のスクリーニングを行い、G13共役を強める4つの変異体を見出した。変異の組み合わせから、高いG13共役を示す二重変異体を作出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画に沿って研究を実施し、計画通りの研究成果を得ることができた。本研究課題の主要業績となる論文掲載に至った（Ono et al., Sig Trans Target Ther 2023）。また、当初計画外の成果として、GPCRとGタンパク質の共役選択性の構造・動態基盤の解明（Ham et al., Commun Biol 2024; Jayakody et al., Sci Signal 2024）、GPCRとGタンパク質の共役選択性のインフォマティクス解析（Matic et al., Nat Commun 2023）、GPCRの構造解析（Park et al., Nat Commun 2023; Ishimoto et al., Nat Commun 2023; Kobayashi et al., Nature 2023）、新型コロナウイルス治療薬のオフターゲット標的同定（Ogawa et al., Commun Biol 2023）などの成果を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
・G12共役型デザイナーGPCR（G12D）発現マウス解析
前年度までに、肝G12D発現マウスにおいて、代謝向上作用とこの効果を一部担うヘパトカインを同定した。本年度は、引き続き肝G12D発現マウスを解析し、デザイナーリガンド投与による肝G12シグナル誘導時の行動量への影響や糖代謝の変動を評価する。また、前年度の表皮G12D発現マウスの解析から見出した表皮の肥厚作用に着目し、本年度は皮膚バリア機能の変化を解析する。さらに、Bリンパ球特異的Cre発現マウスを導入し、G12DをB細胞に発現させたマウスを作出し、デザイナーリガンド投与による免疫応答について表現型解析を行う。
・G13共役型デザイナーGPCRの開発
前年度までの分子動力学計算と変異体スクリーニング実験から、G12Dに2つのアミノ酸置換を導入した改変GPCRにおいてG13共役活性の増強が生じた。本年度は、他のGタンパク質ファミリーのGタンパク質特異性を評価し、これらの非特異的なGタンパク質共役を低減する改変を試みる。また、前年度までにG12Dにおいて見出したGα12とGα13のC末端ヘリックスの差異が認識される機構が、他のG12/13共役型GPCRで保存されているかどうか、Gα12とGα13のC末端ヘリックスの1アミノ酸の相互置換変異体を用いて解析する。
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