GPCR drug discovery 2.0 targeting lysophospholipid-activated GPCRs
| Project/Area Number |
22K19371
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 47:Pharmaceutical sciences and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
志甫谷 渉 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (30809421)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | GPCR / クライオ電子顕微鏡法 / リゾリン脂質受容体 |
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| Outline of Research at the Start |
ゾリン脂質はアシル基を一本有するリン脂質の総称であり，細胞膜上のG蛋白質共役型受容体（GPCR）を介して機能を発揮する。こうした受容体は創薬標的として有望である一方、脂質リガンドは代謝安定性が低いため修飾を施す必要がある。脂質リガンドの結合様式や受容体活性化機構も未解明であり、理論的な改変が難しい。本研究では、クライオ電子顕微鏡法によってリゾリン脂質受容体の構造を解析し創薬への応用を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
リゾホスファチジン酸受容体1（LPA1）は、生理活性脂質であるリゾホスファチジン酸（LPA）によって活性化される6つのGタンパク質共役型受容体の1つである。LPA1は、がん、炎症、神経障害性疼痛など様々な疾患の創薬ターゲットとして注目されている。特に、LPA1アゴニストは、肥満や尿失禁の治療薬として期待されている。一方、LPA1阻害薬は抗がん剤としての可能性があるが、疎水性が高く臨床応用に至っていない。本研究では、druggableなLPA1標的薬およびNAMの開発を目指して、作動薬結合型のLPA1の構造情報取得を目的とした。
我々はLPAの安定なアナログであるONO-0740556を開発し、ヒトLPA1受容体に対してEC50値0.26 nMのアゴニスト活性を示した。そしてクライオ電子顕微鏡法を用いて、ONO-074556が結合したhuman LPA1-Gi複合体構造を3.5オングストローム分解能で決定した。ONO-0740556の構造は、オルソステリックサイト内で明確に観察された。アゴニスト結合部位はは、細胞外側の極性認識領域と膜貫通領域内の疎水性ポケットからなる。ONO-0740556の頭部リン酸およびグリセロール部位は極性認識部位に位置し、長いアシル鎖は曲がった状態で膜貫通ポケットに収まり、受容体と広範な疎水性相互作用を形成していた。
我々の研究は、LPA1の活性化とGタンパク質カップリングの構造基盤に関する新たな知見を提供し、LPA1の治療可能性を探るための新規LPA模倣型アゴニストやNAMの設計に役立つと考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
我々は、LPA1とGiのアライメントに着目した3次元分類を行い、Gタンパク質カップリングのコンフォメーション遷移が観察されるかどうかを確認した。その結果、G蛋白質との相互作用が異なる、S1-S4の４つの構造を決定した。2つのクラス（S1、S2）のマップはモデル構築と精密化ができ、他の2つのクラス（S3、S4）のマップは主鎖が置けるレベルの精度の密度であった。S1とS2は安定状態によく重なり、この位置がヌクレオチドを含まない状態でのGタンパク質の最も安定な位置であることが示唆された。一方、S3とS4は安定状態から互いに反対方向に移動し、受容体とGタンパク質の相互作用が弱まっていることが示された。我々は、S4がGTP結合に伴う受容体とGタンパク質の解離過程を表している可能性を示唆した。
我々は、同時期に報告されたLPAと結合したLPA1の構造と、ONO-0740556と結合した構造を比較した。LPA1の2つの構造はよく重なっており、細胞外側の極性領域の認識や、疎水性ポケットのW2105.43およびL2977.39とリガンドの相互作用に大きな違いはなかった。しかし、アシル鎖の巻き方は2つの構造で異なっており、LPA1は疎水性ポケット内で様々な形のアシル鎖を受け入れることができることが示唆された。また、L2977.39とLPAの炭化水素鎖との相互作用は、ONO-0740556の芳香族部分とのCH-π相互作用よりも弱く、これが両アゴニストの異なる親和性を引き起こす一因である可能性が示唆された。
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| Strategy for Future Research Activity |
リゾフォスファチジルセリン(LysoPS)はリゾリン質の一種であり，グリセロホスホセリン（GPS）のグリセロール骨格の sn-１位または sn-２位に脂肪酸が分子エステル結合で結合した構造を有する。マスト細胞の脱顆粒を促進する作用の他，神経細胞の突起伸長促進，T細胞の活性化抑制，細胞遊走などの作用が知られている．LysoPSを受容するGPCRは3種類存在し、特にLPS1(GPR34)は、LPS1 KOマウスへの担がんでは腫瘍サイズが増大するというデータが、また、LPS1の作動薬投与では腫瘍サイズが縮小するというデータが得られており、このことはLPS1の活性化はがん免疫に聞いていることが示唆されており、LPS1作動薬は抗がん剤としての可能性がある。また、LPS1は他のリゾリン脂質受容体と異なり、Giのみを選択敵に活性化する。申請者は、Gi結合型のダイナミクスを調べるために、LPS1を標的とする。
既に申請者は、様々な検討の末に、LPS1選択的LysoPS1誘導体とヒト由来LysoPS1受容体、Gi蛋白質およびScFV16からなるシグナル伝達複合体の調整に成功し、TALOS電子顕微鏡を用いた解析の結果、7オングストローム分解能の密度マップを得ている。マップ中は複合体の各コンポーネントが明瞭に観察できた。今後、TITAN KRIOS電子顕微鏡を用いて3,000枚程度の画像を取得することによって、分解能 3Åでの構造解析を目指す。得られた状態から、脂質がどのように受容体に結合し活性化できるのか解明する。
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
