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

• Project/Area Number: 19K22503
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 47:Pharmaceutical sciences and related fields
• 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
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• 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 / 多量体 / 脂質メディエーター / 酸化脂肪酸

Outline of Research at the Start

プロスタグランジン(PG)受容体に関するこれまでの知見に基づき、以下の仮説を立てた。EP3受容体は、アゴニスト結合に依存して他のPG受容体（FP受容体やEP3受容体自身）と多量体を形成することで、他方の受容体を長期にトランス活性化し、発熱や疼痛、分娩などの生理機能を発揮する。本研究の目的は、本仮説を検証することで、PG受容体多量体化の生理的意義を解明するとともに受容体の多量体化を標的とした創薬シーズを発掘することである。

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・病態作用を発揮する脂肪酸メディエーターである。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見出した。本研究は、こうした予備的知見に基づき、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。これまでに、以下の成果を得ている。
1)ヒトプロスタグランジン受容体EP4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受容体のG蛋白質/β-arrestin(βarr)活性化、多量体形成に関するハイスループット解析系を確立した。3) PG受容体のG蛋白質/βarr活性化および多量体形成を指標として、種々のPG類縁体による活性化・遮断プロファイルを解析している。4) 点変異PG受容体を作出し、各点変位の影響を検討中である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本研究課題採択後、令和元年度は、Luc発光やBRETを利用した受容体活性化系を確立できたが、令和2年2月以降、コロナ禍により共同研究が滞り、やや遅れを生じたが、オンライン会議の環境が整い、共同研究を継続した。また令和2年10月に、BRET計測用の蛍光・発光プレートリーダーが故障・修理不能となり、やや遅れを生じたが、代替機種を学部共通機器として導入し、遅れを取り戻すよう解析系を推進している。

Strategy for Future Research Activity

コロナ禍と機器故障により、当初計画に比べてやや遅れを生じているが、何とか克服できる目処が立ったため、解析担当の学生を増員するとともに、複数受容体に点変異を導入・同時解析することで遅れの挽回を目指している。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Edinburgh(英国)
• [Journal Article] Expression of leukotriene B4 receptor 1 defines functionally distinct DCs that control allergic skin inflammation. (2021)
  • Author(s): Tomoaki Koga, Fumiyuki Sasaki, Kazuko Saeki, Soken Tsuchiya, Toshiaki Okuno, Mai Ohba, Takako Ichiki, Satoshi Iwamoto, Hirotsugu Uzawa, Keiko Kitajima, Chikara Meno, Eri Nakamura, Norihiro Tada, Yoshinori Fukui, Junichi Kikuta, Masaru Ishii, Yukihiko Sugimoto, and Mitsuyoshi Nakao, Takehiko Yokomizo.
  • Journal Title: Cell. Mol. Immunol. Volume: 8 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1038/s41423-020-00559-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Inhibition of both cyclooxygenase-1 and -2 promotes epicutaneous Th2 and Th17 sensitization and allergic airway inflammation on subsequent airway exposure to protease allergen in mice (2021)
  • Author(s): Suchiva P, Takai T, Kamijo S, Maruyama N, Yokomizo T, Sugimoto Y, Okumura K, Ikeda S, Ogawa H
  • Journal Title: International Archives of Allergy and Immunology Volume: in press
  • DOI: 10.1159/000514975
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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: J. Ocul. Pharmacol. Ther. Volume: 36 Pages: 162-169
  • DOI: 10.1089/jop.2019.0079
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] International Union of Basic and Clinical Pharmacology: Differences and similarities between human and rodents concerning prostaglandin EP1-4 and IP receptors: Specific roles in pathophysiological conditions (2020)
  • Author(s): Norel, X., Sugimoto, Y., Ozen, G., Abdelazeem, H., Amgoud, Y., Bouhadoun, A., Bassiouni, W., Goepp, M., Mani, S., Manikpurage, H., Senbel, A., Longrois, D., Heinemann, A., Yao, C., Clapp, L.H.
  • Journal Title: Pharmacological Reviews Volume: 72 Pages: 910-968
  • DOI: 10.1124/pr.120.019331
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Advanced oxidation protein products contribute to renal tubulopathy via perturbation of renal fatty acids (2020)
  • Author(s): Imafuku, T., Watanabe, H., Satoh, T., Matsuzaka, T., Inazumi, T., Kato, H., Tanaka, S., Nakamura, Y., Nakano, T., Tokumaru, K., Maeda, H., Tanaka, M., Matsushita, K., Tsuchiya, S., Sugimoto, Y., Shimano, H., Fukagawa, M., and Maruyama, T.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 1 Pages: 11424-11424
  • DOI: 10.34067/kid.0000772019
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Lipocalin-type prostaglandin D synthase regulates light-induced phase advance of the central circadian rhythm in mice (2020)
  • Author(s): Kawaguchi, C., Shintani, N., Hayata-Takano, A., Hatanaka, M., Kuromi, A., Nakamura, R., Yamano, Y., Shintani, Y., Nagai, K., Tsuchiya, S., Sugimoto, Y., Ichikawa, A., Okuno, Y., Urade, Y., Hirai, H., Nagata, K., Nakamura, M., Narumiya, S., Nakazawa, T., Kasai, A., Ago, Y., Takuma, K., Baba, A., and Hashimoto, H.
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 3 Pages: 557-557
  • DOI: 10.1038/s42003-020-01281-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Prostaglandin E2-EP4 axis promotes lipolysis and fibrosis in adipose tissue leading to ectopic fat deposition and insulin resistance. (2020)
  • Author(s): Inazumi T, Yamada K, Shirata N, Sato H, Taketomi Y, Morita K, Hohjoh H, Tsuchiya S, Oniki K, Watanabe T, Sasaki Y, Oike Y, Ogata Y, Saruwatari J, Murakami M, Sugimoto Y.
  • Journal Title: Cell Rep Volume: 33 Pages: 108265-108265
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.108265
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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, Kofuji S, Ishigami-Yuasa M, Kagechika H, Kamimura K, Terai S, Yokomizo T, Sugimoto Y, Fujita Y, Suzuki A, Nishina H.
  • Journal Title: FASEB J Volume: 25(3) Pages: 14528-14541
  • DOI: 10.1111/gtc.12750
  • NAID: 120006873037
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [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: Biol. Pharm. Bull. Volume: 43 Issue: 4 Pages: 649-662
  • DOI: 10.1248/bpb.b19-00838
  • NAID: 130007825267
  • ISSN: 0918-6158, 1347-5215
  • 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, et al.
  • Journal Title: Nature chemical biology Volume: 15 Pages: 18-26
  • DOI: 10.1038/s41589-018-0131-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Competition for Mitogens Regulates Spermatogenic Stem Cell Homeostasis in an Open Niche (2019)
  • Author(s): Kitadate Y., Jorg DJ., Tokue M,. Maruyama A., Ishikawa 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 BD., Yoshida S.
  • Journal Title: Cell Stem Cell. Volume: 24 Pages: 1-2
  • DOI: 10.1016/j.stem.2018.11.013
  • NAID: 120007128265
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Role of cyclooxygenase-2-mediated prostaglandin E2-prostaglandin E receptor 4 signaling in cardiac reprogramming (2019)
  • Author(s): Muraoka Naoto、Nara Kaori、Tamura Fumiya、Kojima Hidenori、Yamakawa Hiroyuki、Sadahiro Taketaro、Miyamoto Kazutaka、Isomi Mari、Haginiwa Sho、Tani Hidenori、Kurotsu Shota、Osakabe Rina、Torii Satoru、Shimizu Shigeomi、Okano Hideyuki、Sugimoto Yukihiko、Fukuda Keiichi、Ieda Masaki
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 10 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1038/s41467-019-08626-y
  • NAID: 120007128245
  • 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: Sci. Rep. Volume: 9 Pages: 7650-7650
  • 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: － Pages: 1-10
  • DOI: 10.1093/intimm/dxz021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cutaneous p38 mitogen-activated protein kinase 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: J Allergy Clin Immunol. Volume: 144(4) Pages: 1036-1049
  • DOI: 10.1016/j.jaci.2019.06.019
  • Peer Reviewed / Open Access / 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 SI, Mukouyama H, Kishino S, Li X, Ichimura A, Irie J, Sugimoto Y, Mizutani T, Sugawara T, Miki T, Ogawa J, Drucker DJ, Arita M, Itoh H, Kimura I
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 10 Pages: 1-15
  • 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 / Open Access
• [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] プロスタサイクリンによるマスト細胞応答のエピゲノム制御の分子機構 (2020)
  • Author(s): 佐々木諒也, 中尾優子, 村上里穂, 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62回日本脂質生化学会
• [Presentation] 腎臓初期発生におけるプロスタグランジンI2受容体の役割 (2020)
  • Author(s): 渡邊尚幸, 岩穴拓也, 告恭史郎, 岸本幸一朗, 稲住知明, 川原敦雄, 土屋創健, 杉本幸彦
  • Organizer: 令和2年度日本生化学会九州支部例会
• [Presentation] リンパ管初期発生におけるプロスタグランジンの役割 (2020)
  • Author(s): 土屋創健, 岩崎亮, 告恭史郎, 岸本幸一朗, 林侑汰, 岩穴拓也, 稲住知明, 川原敦雄, 杉本幸彦
  • Organizer: 令和2年度日本生化学会九州支部例会
• [Presentation] ω6/ω3脂肪酸バランスが母性行動に与える影響とその分子機構の解析 (2020)
  • Author(s): 橋本美穂,稲住知明,杉本聡子,土屋創健,杉本幸彦
  • Organizer: 第19回次世代を担う若手のためのファーマ・バイオフォーラム2020
• [Presentation] プロスタグランジン受容体によるリガンド構造-シグナル変換 (2020)
  • Author(s): 杉本幸彦
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
  • Invited
• [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I2受容体IPの関与 (2020)
  • Author(s): 渡邊尚幸, 岩穴拓也, 告恭史郎, 岸本幸一朗, 稲住知明, 川原敦雄, 土屋創健, 杉本幸彦
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
• [Presentation] プロスタグランジンI2はエピゲノム制御によりマスト細胞応答を抑制する (2020)
  • Author(s): 佐々木諒也, 中尾優子, 村上里穂, 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93回日本生化学会大会
• [Presentation] Gタンパク質/β-arrestinシグナルに対するバイアス型プロスタグランジン受容体作動薬の探索 (2020)
  • Author(s): 森結貴，山_恵理奈，沼田さおり，告恭史郎，杉本聡子，稲住知明，土屋創建，杉本幸彦
  • Organizer: 第73回日本薬理学会西南部会
• [Presentation] 高ω3脂肪酸食が母性哺育行動の発現に与える影響とその分子機構の解析 (2020)
  • Author(s): 吉田莉奈，橋本美穂，大窪喜丸，稲住知明，杉本聡子，土屋創建，杉本幸彦
  • Organizer: 第73回日本薬理学会西南部会
• [Presentation] 子宮内膜症に関わるプロスタグランジンE2受容体 (2020)
  • Author(s): 牧野凪紗，前田ひかる，大窪喜丸，橋本美穂，稲住知明，土屋創建，杉本幸彦
  • Organizer: 第73回日本薬理学会西南部会
• [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] 熊本大学大学院薬学教育部薬学生化学分野ホームページ
  • URL: http://www.pharm.kumamoto-u.ac.jp/Labs/seika/index.html
• [Remarks] 熊本大学薬学部ホームページ：研究紹介
  • URL: https://www.pharm.kumamoto-u.ac.jp/news_topics/2020/10/post-110.html
• [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