プロスタグランジン受容体の多量体化の意義と創薬への応用

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K22503
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 杉本 幸彦 熊本大学, 大学院生命科学研究部(薬), 教授 (80243038)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Keywords: プロスタグランジン / プロスタノイド / 多量体化 / GPCR / 構造活性相関 / シグナル伝達 / 逆作動薬 / ω3脂肪酸

Outline of Annual Research Achievements

プロスタグランジン(PG)は、８種類の細胞膜受容体GPCRを介して発熱・疼痛など多彩な生理作用を発揮する脂質メディエーターである。研究協力者・小林は、PG受容体がホモ二量体を形成することを見出した。研究代表者は、異なる二種のPG受容体がヘテロ多量体を形成し、一方の受容体を活性化しただけで、他方の受容体を活性化するとともに、リガンド結合を保持することで個々の受容体による細胞内シグナル活性化を増強する可能性を示唆した。本研究は、こうした予備的知見を活かし、PG受容体の多量体形成の分子機構と意義を解明するとともに、受容体多量体化を標的とした遮断薬を探索同定し、新視点からの医薬品開発を目指すことを目的とする。今年度は、以下の成果を得た。
1) ヒトEP4受容体の立体構造を認識しPGE2結合を阻害するモノクローナル抗体を「結晶化リガンド」として用いることで、EP4受容体-EP4遮断薬-抗体複合体を結晶化し、立体構造を解明した。その結果、EP4受容体は、結合ポケットの細胞外側に蓋をされ、細胞膜側に開口した小孔からPGがアクセスすること、EP4拮抗剤のカルボン酸がリガンドアクセス孔のArg残基に直接結合することを見出した。2) PG受容体発現細胞のcAMP産生、β-arrestin活性化、受容体多量体形成に関するハイスループット解析系を確立し、ω3脂肪酸由来PGや種々の作動薬・遮断薬・逆作動薬の活性化・遮断プロファイルを得た。3) 現在、多量体化に必要なPG受容体構造を点変異導入により検討中である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

7月に採択後、これまでの予備的知見の検証、Luc発光やBRETを利用したアッセイ系の確立等、順調に研究を開始したが、2月以降、新型コロナ感染の影響で、研究協力者との共同研究を予定通り遂行することができず、やや遅れを生じた。

Strategy for Future Research Activity

4月現在、緊急事態宣言の影響で、共同研究の再開の目処は立っていない。熊本大学は最低限の研究遂行可能であることから、当初計画を変更し、単独で可能な解析項目から遂行したい。

Causes of Carryover

新型コロナウイルス感染の影響で、3月に予定していた共同研究の遂行が不可能となったため。R2年度に緊急事態宣言が解除され感染収束した後に、共同研究部分を遂行したい。

Research Products

• [Journal Article] Effects of the selective EP2 receptor agonist omidenepag on adipocyte differentiation in 3T3-L1 cells (2020)
  • Author(s): Yamamoto Y, Taniguchi T, Inazumi T, Iwamura R, Yoneda K, Odani-Kawabata N, Matsugi T, Sugimoto Y, Shams NK.
  • Journal Title: Journal of Ocular Pharmacology and Therapeutics Volume: 36 Pages: 162-169
  • DOI: 10.1089/jop.2019.0079
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Prostaglandin E2 and its receptor EP2 trigger signaling that contributes to YAP-mediated cell competition (2020)
  • Author(s): Ishihara E, Nagaoka Y, Okuno T, Ishigami-Yuasa M, Kagechika H, Terai S, Yokomizo T, Sugimoto Y, Fujita Y, Suzuki A, Nishina H.
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 25 Pages: 197-214
  • DOI: 10.1111/gtc.12750
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Induced prostanoid synthesis regulates the balance between Th1- and Th2-producing inflammatory cytokines in the thymus of diet-restricted mice (2020)
  • Author(s): Razali N, Hohjoh H, Inazumi T, Maharjan BD, Nakagawa K, Konishi M, Sugimoto Y, Hasegawa H.
  • Journal Title: Biological and Pharmaceutical Bulletin Volume: 43 Pages: 649-662
  • DOI: 10.1248/bpb.b19-00838
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] プロスタグランジンD2レセプターのシグナル伝達 (2020)
  • Author(s): 稲住知明, 杉本幸彦
  • Journal Title: 臨床免疫・アレルギー科 Volume: 73 (13) Pages: 58-63
• [Journal Article] Ligand binding to human prostaglandin E receptor EP4 at the lipid-bilayer interface (2019)
  • Author(s): Toyoda, Y., Morimoto, K., Suno, R., Horita, S., Yamashita, K., Hirata, K., Sekiguchi, Y., Yasuda, S., Shiroishi, M., Shimizu, T., Urushibata, Y., Kajiwara, Y., Inazumi, T., Hotta, Y., Asada, H., Nakane, T., Shiimura, Y., Nakagita, T., Tsuge, K., Yoshida, S., Kuribara, T., Hosoya, T., Sugimoto, Y., Nomura, N. et al.
  • Journal Title: Nature Chemical Biology Volume: 15 Pages: 18-26
  • DOI: 10.1038/s41589-018-0131-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Competition for mitogens regulates spermatogenic stem cell homeostasis in an open niche. (2019)
  • Author(s): Kitadate, Y., J_rg, D.J., Tokue, M., Maruyama, A., Ichikawa, R., Tsuchiya, S., Segi-Nishida, E., Nakagawa, T., Uchida, A., Kimura-Yoshida, C., Mizuno, S., Sugiyama, F., Azami, T., Ema, M., Noda, C., Kobayashi, S., Matsuo, I., Kanai, Y., Nagasawa, T., Sugimoto, Y., Takahashi, S., Simons, B.D., and Yoshida, S.
  • Journal Title: Cell Stem Cell Volume: 24 Pages: 79-92
  • DOI: 10.1016/j.stem.2018.11.013
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Role of cyclooxygenase-2/prostaglandin E2/prostaglandin E receptor 4 signaling in cardiac reprogramming (2019)
  • Author(s): Muraoka N, Nara K, Tamura F, Kojima H, Yamakawa H, Sadahiro T, Miyamoto K, Isomi M, Haginiwa S, Tani H, Kurotsu S, Osakabe R, Torii S, Shimizu S, Okano H, Sugimoto Y, Fukuda K, Ieda M.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 10 Pages: 674
  • DOI: 10.1038/s41467-019-08626-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Essential role of prostaglandin E2 and the EP3 receptor in lymphatic vessel development during zebrafish embryogenesis (2019)
  • Author(s): Iwasaki R, Tsuge K, Kishimoto K, Hayashi Y, Iwaana T, Hohjoh H, Inazumi T, Kawahara A, Tsuchiya S, Sugimoto Y.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Pages: 7650
  • DOI: 10.1038/s41598-019-44095-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Molecular mechanisms underlying prostaglandin E2-exacerbated inflammation and immune diseases (2019)
  • Author(s): Tsuge K, Inazumi T, Shimamoto A, Sugimoto Y.
  • Journal Title: International Immunology Volume: 31 Pages: 597-606
  • DOI: 10.1093/intimm/dxz021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cutaneous p38 MAPK 1 activation triggers psoriatic dermatitis (2019)
  • Author(s): Sakurai K, Dainichi T, Garcet S, Tsuchiya S, Yamamoto Y, Kitoh A, Honda T, Nomura T, Egawa G, Otsuka A, Nakajima S, Matsumoto R, Nakano Y, Otsuka M, Iwakura Y, Grinberg-Bleyer Y, Ghosh S, Sugimoto Y, Guttman-Yassky E, Krueger JG, Kabashima K.
  • Journal Title: Journal of Allergy and Clinical Immunology Volume: 144 Pages: 1036-1049
  • DOI: 10.1016/j.jaci.2019.06.019
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Gut microbiota confers host resistance to obesity by metabolizing dietary polyunsaturated fatty acids (2019)
  • Author(s): Miyamoto J, Igarashi M, Watanabe K, Karaki S, Mukouyama H, Kishino S, Li X, Ichimura A, Irie J, Sugimoto Y, Mizutani T, Sugawara T, Miki T, Ogawa J, Drucker D, Arita M, Itoh H, Kimura I.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 10 Pages: 4007
  • DOI: 10.1038/s41467-019-11978-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Functional hierarchy of uterotonics required for successful parturition in mice (2019)
  • Author(s): Yoshida M, Takayanagi Y, Ichino-Yamashita A, Sato K, Sugimoto Y, Kimura T, Nishimori K.
  • Journal Title: Endocrinology Volume: 160 Pages: 2800-2810
  • DOI: 10.1210/en.2019-00499
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] シクロオキシゲナーゼ経路によるリポクオリティ認識 (2019)
  • Author(s): 稲住知明, 杉本幸彦
  • Journal Title: 医学のあゆみ Volume: 269 (1) Pages: 1002-1007
• [Presentation] プロスタグランジン受容体による脂質恒常性の調節機構 (2020)
  • Author(s): 稲住知明, 杉本幸彦
  • Organizer: 第93回日本薬理学会年会
  • Invited
• [Presentation] 多価不飽和脂肪酸としてのω3脂肪酸摂取が雌性生殖と母性行動に与える影響 (2020)
  • Author(s): 橋本美穂, 大窪喜丸, 稲住知明, 杉本聡子, 土屋創健, 杉本幸彦
  • Organizer: 日本薬学会第140年会
• [Presentation] Roles of prostaglandin EP4 receptor axis in adipocytes: relevance of LipoQuality (2019)
  • Author(s): Sugimoto Y.
  • Organizer: 2nd International Conference on Lipoquality
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The role of multiple prostanoid receptors in embryo implantation and spacing (2019)
  • Author(s): Inazumi T, Okubo K, Xiaoyen Ma, Otsuka T, Hirai Y, Sugimoto T, Tsuchiya S, Takeo T, Nakagata N, Sugimoto Y.
  • Organizer: 60th International Conference on the Bioscience of Lipids (ICBL)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The effect of dietary omega-3 fatty acids on female reproduction and nursing behavior (2019)
  • Author(s): Hashimoto M, Okubo K, Inazumi T, Sugimoto T, Tsuchiya S, Yamashita A, Suhara Y, Arita M, Sugimoto Y.
  • Organizer: 60th International Conference on the Bioscience of Lipids (ICBL)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ゼブラフィッシュ腎臓形成におけるプロスタグランジンの役割 (2019)
  • Author(s): 岩穴拓也, 告恭史郎, 岸本幸一朗, 岩崎亮, 稲住知明, 川原敦雄, 土屋創健, 杉本幸彦
  • Organizer: 第61回日本脂質生化学会
• [Presentation] 高ω3脂肪酸含有食が母性行動に与える影響とその分子機構の解析 (2019)
  • Author(s): 橋本美穂, 大窪喜丸, 稲住知明, 杉本聡子, 土屋創健, 杉本幸彦
  • Organizer: 第18回次世代を担う若手ファーマ・バイオフォーラム
• [Presentation] 子宮内膜症におけるプロスタグランジンE受容体機能の解析 (2019)
  • Author(s): 前田ひかる, 大窪喜丸, 橋本美穂, 稲住知明, 土屋創健, 杉本幸彦
  • Organizer: 第18回次世代を担う若手ファーマ・バイオフォーラム
• [Presentation] 複数の受容体を介したプロスタグランジンの着床制御機構 (2019)
  • Author(s): 稲住知明, 大窪喜丸, 馬驍彦, 大塚友絵, 杉本聡子, 土屋創健, 竹尾透, 中潟直己, 杉本幸彦
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] 食事由来ω3脂肪酸含有食が雌性生殖と母性行動に与える影響 (2019)
  • Author(s): 橋本美穂, 大窪喜丸, 稲住知明, 杉本聡子, 土屋創健, 杉本幸彦
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] 子宮内膜症におけるプロスタグランジンE受容体の役割 (2019)
  • Author(s): 前田ひかる, 大窪喜丸, 橋本美穂, 稲住知明, 土屋創健, 杉本幸彦
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] 複数のプロスタグランジン受容体による着床調節機構 (2019)
  • Author(s): 大塚友絵, 稲住知明, 大窪喜丸, 馬驍彦, 杉本聡子, 土屋創健, 廣田泰, 竹尾透, 中潟直己, 杉本幸彦
  • Organizer: 第36回日本薬学会九州支部大会
• [Presentation] プロスタグランジンI2受容体によるマスト細胞の炎症応答の制御機構 (2019)
  • Author(s): 佐々木諒也, 中尾優子, 村上里穂, 宮本卓馬, 鈴木佑治, 渡辺真由帆, 森本和志, 稲住知明, 土屋創健, 杉本幸彦
  • Organizer: 第36回日本薬学会九州支部大会
• [Remarks] 熊本大学・杉本研ホームページ
  • URL: http://www.pharm.kumamoto-u.ac.jp/Labs/seika/index.html