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Development of a novel chemogenetic tool for in vivo regulation of the target GPCR

Research Project

Project/Area Number 20H02877
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 37030:Chemical biology-related
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

清中 茂樹  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (90422980)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
Keywordsケモジェネティクス / GPCR / in vivo / アデノシン受容体
Outline of Research at the Start

本研究では、動物個体で標的細胞の受容体サブタイプを人為的に活性制御するための新しい受容体ケモジェネティクス手法を開発する。研究コンセプトは、本来のリガンド結合能を保持したままで人為的な制御能を受容体に付与し、非侵襲的な手法により動物個体(in vivo)で受容体サブタイプの活性制御を行うことである。Gタンパク質共役受容体に着目し、In silicoスクリーニングで変異受容体および人工リガンドを選択し、細胞を用いた機能評価により最適化する。その後、受容体に変異導入したノックインマウスを作成し、in vivoケモジェネティクスを実現する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、動物個体で標的細胞の受容体サブタイプに対して、受容体本来の機能を損なうことなく、人為的な制御能を付与した新たなケモジェネティクス法を開発することを目的とする。
初年度は、細胞膜受容体として、Gタンパク質共役型受容体(GPCR)であるアデノシン受容体(A2A受容体)に主に着目して研究を進めた。A2A受容体はGPCRの中でもX線結晶構造情報が多い受容体であり、複数のリガンドとの3次構造が得られている。A2A受容体に対するリガンド(istradefylline)はパーキンソン病薬として認可されており、in vivoでの検証実験においても適切な標的GPCRと言える。本年度は、A2A受容体変異体ライブラリーを作成した。受容体機能を損なうことなくケモジェネティクスを行うために、変異導入箇所としては、細胞外ループ2(ECL2)に着目した。また、人工リガンドとしては、A2A受容体選択的なアンタゴニストとして知られるZM241385に着目し、ECL2に近接する構造を置換した化合物を複数種類合成した。それらの機能評価に関しては、HEK293T細胞に対して変異体およびGα15タンパク質を一過的に発現させ、Fura-2を用いたCa2+イメージングにより評価した。
受容体機能評価の結果、ECL2の中で、受容体機能を損なうことなく変異導入を行えるアミノ酸残基を同定した。また、変異受容体と人工リガンドの初期スクリーニングの結果、野生型と親和性を大きく変化させることができる、変異受容体および人工リガンドペアを見出すことに成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

コロナ禍での研究初年度であったが、順調に研究を進めることができた。本申請内容に関しては特許出願まで進めることができた。また、関連する研究の論文化に至った。

Strategy for Future Research Activity

今年度の研究成果で得られ特許取得まで行った研究業績に関して、論文化に向けたデータ取得を行っていく。また、本研究で得られた成果に関して、他の受容体への適用拡大を進める。

Report

(1 results)
  • 2020 Annual Research Report

Research Products

(7 results)

All 2021 2020

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Ligand-directed two-step labeling to quantify neuronal glutamate receptor trafficking2021

    • Author(s)
      Ojima Kento、Shiraiwa Kazuki、Soga Kyohei、Doura Tomohiro、Takato Mikiko、Komatsu Kazuhiro、Yuzaki Michisuke、Hamachi Itaru、Kiyonaka Shigeki
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 12 Pages: 1-14

    • DOI

      10.1038/s41467-021-21082-x

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 細胞外ループ工学によるGPCR化学遺伝学(3): アロステリックサイトに着目した代謝型グルタミン酸受容体の活性制御2021

    • Author(s)
      堂浦 智裕、長谷川 寛太、清中 茂樹
    • Organizer
      日本化学会第101春季年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞外ループ工学によるGPCR化学遺伝学(2): ECL3に着目したアデノシン受容体の活性制御2021

    • Author(s)
      松岡 佑真、杓野 拓光、堂浦 智裕、清中 茂樹
    • Organizer
      日本化学会第101春季年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞外ループ工学によるGPCR化学遺伝学(1):ECL2に着目したヒスタミン受容体の活性制御2021

    • Author(s)
      柏 俊太朗、堂浦 智裕、清中 茂樹
    • Organizer
      日本化学会第101春季年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 代謝型グルタミン酸受容体のin vivo活性制御を指向した新たな化学遺伝学的手法の開発2020

    • Author(s)
      堂浦 智裕、長谷川 寛太、清中 茂樹
    • Organizer
      第14回バイオ関連化学シンポジウム
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 代謝型グルタミン酸受容体の細胞外ループに注目した新たな化学遺伝学手法の開発2020

    • Author(s)
      長谷川 寛太、堂浦 智裕、清中 茂樹
    • Organizer
      第14回バイオ関連化学シンポジウム
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 変異型Gタンパク質共役型受容体2021

    • Inventor(s)
      清中茂樹、堂浦智裕、長谷川寛太、柏俊太朗
    • Industrial Property Rights Holder
      清中茂樹、堂浦智裕、長谷川寛太、柏俊太朗
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2021-028956
    • Filing Date
      2021
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2022-04-19  

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