2022 Fiscal Year Annual Research Report
Structural analysis of G protein/Arrestin-GPCR complex for development of biased ligands
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19H03428
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| Research Institution | Kansai Medical University |
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Principal Investigator |
寿野 良二 関西医科大学, 医学部, 准教授 (60447521)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
斉藤 毅 筑波大学, 国際統合睡眠医科学研究機構, 准教授 (80609933)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | クライオ電子顕微鏡単粒子解析 / X線結晶構造解析 / GPCR / バイアスドリガンド / シグナル伝達 / 創薬 / 膜タンパク質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【目的】創薬ターゲットとして知られているGタンパク質共役受容体（GPCR)は細胞外からの生理活性物質と結合し、細胞内の種々のシグナル伝達因子を活性化する。Gタンパク質とアレスチンの異なるシグナル伝達経路の一方を選択的に活性化するリガンド（バイアスドリガンド）は、副作用のない治療薬として期待されている。一方で、バイアスドリガンドの開発には膨大な化合物スクリーニングの労力を要しており、効率的な薬剤開発技術が求められている。本研究では、GPCR（オレキシン2受容体（OX2R)およびプロスタグランジンE2受容体EP3とGタンパク質あるいはアレスチンとの複合体、作動薬結合状態構造のX線結晶構造解析およびクライオ電子顕微鏡単粒子解析（Cryo-EM SPA)を行う。本研究ではGPCR－Gタンパク質およびアレスチン複合体構造を比較した情報をもとに、迅速で合理的なバイアスドリガンドの開発とその技術の発展に貢献する。
【研究実績】
EP3-GiについてはCryo-EM SPAにより３．４A分解能で構造決定できた。我々のグループでは別のサブタイプEP４-Gタンパク質との複合体構造も決定しており、Gタンパク質の種類が異なることからプロスタグランジン受容体のGタンパク質選択性の構造基盤について検討し、シグナル伝達活性に重要なアミノ酸について変異体による薬理学的解析を行って議論した論文を出版した（Suno R., et al Cell Reports 2022）。OX2RについてもGタンパク質複合体を調製したので構造決定を目指す。
また、GPCR-アレスチン受容体複合体構造解析に向けて必要なコンポーネントの生産および安定な複合体形成条件をクライオ電子顕微鏡観察によるスクリーニングで検討している。様々なGPCRで検討しており、GPCR Aで安定な複合体を形成できた。この条件をOX2R, EP3に応用する。
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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
Gタンパク質複合体はGPCR共通した方法で調製できる可能性が高い。一方、アレスチンとの複合体はGタンパク質との複合体構造解析ほど例がなく、GPCRの種類によってそれぞれの性質を検討しながら調製する必要がある。検討する項目が多いが、現在までにあるGPCRで複合体調製に成功したので概ね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
Gタンパク質複合体との構造情報を得ることができたが、さらに性質の異なるリガンド結合状態の構造を決定してGPCRのシグナル伝達機構や創薬への貢献を目指したい。また、アレスチンとの複合体構造解析が未達成であり、安定な複合体形成に成功したGPCR複合体についてクライオ電顕スクリーニングによる構造決定を目指す。GPCR－アレスチン複合体はGタンパク質複合体と異なり、複合体形成状態が複数あることが構造解析を困難にしている。この問題を解決するためにアレスチンと相互作用する脂質の添加やクロスリンクによる構造の安定化などを行い、電顕観察で解析しながら最も良い条件を検討する。
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