ｃｌａｓｓ Ａ ＧＰＣＲｓの構造解析

• 研究課題/領域番号: 17J30010
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 構造生物化学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 志甫谷 渉 東京大学, 理学系研究科生物科学専攻生物化学講座構造生命科学研究室, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2017-04-26 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2017年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: GPCR / エンドセリン受容体 / X線結晶構造解析 / クライオ電子顕微鏡 / 単粒子解析 / 構造生物学 / ボセンタン / 治療薬

研究実績の概要

エンドセリン受容体拮抗薬は、今日までボセンタンを基に開発が進められている。そのため、エンドセリン受容体拮抗薬はみな類似した化合物骨格であり、多様性が少ない。薬理作用は化合物骨格に強く依存するため、エンドセリン受容体拮抗薬のさらなる臨床応用のためには化合物空間の拡張が必要である。ボセンタンとは異なる化合物骨格を持つ拮抗薬に、IRL2500というものがある。IRL2500はエンドセリンのC末端の一部を模倣して作られた拮抗薬であり、ボセンタンとは大きく異なっている。我々は、IRL2500の結合様式を理解できれば、ボセンタン以外にも受容体を阻害し得る化合物骨格が同定できると考え、IRL2500結合型のエンドセリン受容体B型の構造を決定した。IRL2500はET-1とは全く異なる結合様式であった。IRL2500はボセンタンと同様に受容体の正電荷を持つアミノ酸と相互作用していたものの、IRL2500は受容体の結合ポケットのより深い位置で相互作用しており、強固に不活性化状態を固定していた。このことから我々は、IRL2500が単なる拮抗薬ではなく受容体の恒常的な活性をも抑制する、逆作動薬ではないかと考えた。機能解析を試みた結果、IRL2500が逆作動薬であることを解明した。
PAC1受容体はクラスB GPCRの一種であり、PACAP を受容する。PAC1受容体は中枢神経系および末梢組織に広く存在しており、様々な機能を有している。我々はクライオ電子顕微鏡を用いてPACAPリガンド、ヒト由来PAC1受容体、Gsタンパク質三量体からなるシグナル伝達複合体の立体構造を原子分解能で決定した。これにより、PACAPリガンドの認識機構と活性化した受容体によるシグナル伝達メカニズムを解明した。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Cryo-EM structure of the human PAC1 receptor coupled to an engineered heterotrimeric G protein (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Kazuhiro、Shihoya Wataru、Nishizawa Tomohiro、Kadji Francois Marie Ngako、Aoki Junken、Inoue Asuka、Nureki Osamu
  • 雑誌名: Nature Structural & Molecular Biology 巻: 27 号: 3 ページ: 274-280
  • DOI: 10.1038/s41594-020-0386-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crystal structure of human endothelin ETB receptor in complex with peptide inverse agonist IRL2500 (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagiri Chisae、Shihoya Wataru、Inoue Asuka、Kadji Francois Marie Ngako、Aoki Junken、Nureki Osamu
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 2 号: 1 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1038/s42003-019-0482-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Crystal structure of heliorhodopsin (2019)
  • 著者名/発表者名: W. Shihoya, K. Inoue, M. Singh, M. Konno, S. Hososhima, K. Yamashita, K. Ikeda, A. Higuchi, T. Izume, Okazaki S, Hashimoto M, Mizutori R, Tomida S, Yamauchi Y, Abe-Yoshizumi R, K. Katayama, SP. Tsunoda, M. Shibata, Y. Furutani, A. Pushkarev, O. Béjà, T. Uchihashi, H. Kandori, O. Nureki
  • 雑誌名: Nature 巻: 574 号: 7776 ページ: 132-136
  • DOI: 10.1038/s41586-019-1604-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Crystal structures of human ETB receptor provide mechanistic insight into receptor activation and partial activation (2018)
  • 著者名/発表者名: Shihoya Wataru、Izume Tamaki、Inoue Asuka、Yamashita Keitaro、Kadji Francois Marie Ngako、Hirata Kunio、Aoki Junken、Nishizawa Tomohiro、Nureki Osamu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07094-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] X-ray structures of endothelin ETB receptor bound to clinical antagonist bosentan and its analog (2017)
  • 著者名/発表者名: Shihoya Wataru、Nishizawa Tomohiro、Yamashita Keitaro、Inoue Asuka、Hirata Kunio、Kadji Francois Marie Ngako、Okuta Akiko、Tani Kazutoshi、Aoki Junken、Fujiyoshi Yoshinori、Doi Tomoko、Nureki Osamu
  • 雑誌名: Nature Structural & Molecular Biology 巻: 24 号: 9 ページ: 758-764
  • DOI: 10.1038/nsmb.3450
  • 査読あり
• [学会発表] エンドセリン受容体B型によるリガンド認識の構造基盤 (2018)
  • 著者名/発表者名: 志甫谷 渉, 井爪 珠希, 名切 千彩恵, 西澤 知宏, 濡木 理
  • 学会等名: 第22回日本心血管内分泌代謝学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] Structural Basis for Ligand Recognition by Endothelin ETB Receptor (2017)
  • 著者名/発表者名: Wataru Shihoya, Izume Tamaki, Nagiri Chisae, Akiko Okuta, Kazutoshi Tani, Tomohiro Nishizawa, Yoshinori Fujiyoshi, Osamu Nureki, Tomoko Doi
  • 学会等名: 第15回国際エンドセリン会議
  • 国際学会