易活性化型変異を導入した人工Ｇタンパク質共役型受容体の創製と応用

• 研究課題/領域番号: 19J11256
• 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
• 審査区分: 小区分47010:薬系化学および創薬科学関連
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 川上 耕季 東北大学, 薬学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2019-04-25 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円); 2020年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
• キーワード: Gタンパク質共役型受容体 / GPCR / Gタンパク質 / 恒常活性 / NanoBiT

研究開始時の研究の概要

Gタンパク質共役型受容体（GPCR）は創薬標的として重要なタンパク質群である。本研究では、広範なGPCRに適用可能な易活性化型変異を用い、オーファンGPCR群に対するリガンドスクリーニングから、新たにリガンドと受容体の組み合わせを同定すること、さらには、これまでに解明された不活性化型GPCRの構造解析を展開し、上記の易活性化型変異を導入することで活性化型GPCRの構造解析を行う。

研究実績の概要

前年度にGPCRシグナル活性化検出ツールを多数構築しており、本年はそのツールを用いることで、以下の(1)-(6)の研究に応用してきた。
解析が進んでいないG12共役型GPCRに対し、不活性化型のG12がGPCRと結合し、シグナルを抑制すること(Okashah et. al. PNAS 2020), (2) GPCR活性化時に生じるGPCRリン酸化の多様性と、βアレスチンシグナルの関係性(Baidya et al. EMBO rep. 2020)、(3) GPCR活性化時に生じるPLCβの活性化機構の解明(Pfeil et al. Mol Cell. 2020)、 (4)アデノシン受容体活性化を誘導する新規リガンド同定 (Ogawa et al. Mol Cell. 2021)、(5) SMO受容体活性化に起因するPKA活性化機構 (Arveseth et al. Plos Biology. In press)、(6) 天然型のβアレスチンバイアス型ケモカイン受容体の発見 (Pandey et al. BioRxiv)。
活性化変異を用いた解析として、新規リガンド探索、構造解析への応用を研究計画として提示していたが、前者については、前述(4)の結果に加え、複数の生理活性がみられる化合物に対し、200種以上のGPCRのスクリーニングを行い、活性化が見られる化合物とGPCRの組み合わせの同定に至っており、薬理的作用、生理的意義の解明に向けて取り組んでいる。また、後者の構造解析への応用については、現在、共同研究を含め展開しているところである。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2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] N6-methyladenosine (m6A) is an endogenous A3 adenosine receptor ligand (2021)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Akiko、Nagiri Chisae、Shihoya Wataru、Inoue Asuka、Kawakami Kouki、Hiratsuka Suzune、Aoki Junken、Ito Yasuhiro、Suzuki Takeo、Suzuki Tsutomu、Inoue Toshihiro、Nureki Osamu、Tanihara Hidenobu、Tomizawa Kazuhito、Wei Fan-Yan
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 81 号: 4 ページ: 674-674
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2020.12.038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intrinsic bias at non-canonical, β-arrestin-coupled seven transmembrane receptors (2021)
  • 著者名/発表者名: Pandey Shubhi、Kumari Punita、Baidya Mithu、Kise Ryoji、Cao Yubo、Dwivedi-Agnihotri Hemlata、Banerjee Ramanuj、Li Xaria X.、Cui Cedric S.、Lee John D.、Kawakami Kouki、Chaturvedi Madhu、Ranjan Ashutosh、Laporte St?phane A.、Woodruff Trent M.、Inoue Asuka、Shukla Arun K.
  • 雑誌名: BioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2021.02.02.429298
• [雑誌論文] Smoothened Transduces Hedgehog Signals via Activity-Dependent Sequestration of PKA Catalytic Subunits (2021)
  • 著者名/発表者名: Arveseth C. D., Happ J T. , Hedeen D.S., Zhu J-F, Capener J.L., Shaw D.K., Deshpande I., Liang J., Xu J., Stubben S.L., Nelson I.B., Walker M.F., Kawakami K., Inoue A., Krogan N.J., Grunwald D.J., Hettenhain R., Manglik A., Myers B.R.
  • 雑誌名: PLoS Biology 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Agonist-induced formation of unproductive receptor-G12complexes (2020)
  • 著者名/発表者名: Okashah Najeah、Wright Shane C.、Kawakami Kouki、Mathiasen Signe、Zhou Joris、Lu Sumin、Javitch Jonathan A.、Inoue Asuka、Bouvier Michel、Lambert Nevin A.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 117 号: 35 ページ: 21723-21730
  • DOI: 10.1073/pnas.2003787117
  • 査読あり
• [雑誌論文] Key phosphorylation sites in GPCRs orchestrate the contribution of β‐Arrestin 1 in ERK 1/2 activation (2020)
  • 著者名/発表者名: Baidya Mithu、Kumari Punita、Dwivedi‐Agnihotri Hemlata、Pandey Shubhi、Chaturvedi Madhu、Stepniewski Tomasz Maciej、Kawakami Kouki、Cao Yubo、Laporte St?phane A、Selent Jana、Inoue Asuka、Shukla Arun K
  • 雑誌名: EMBO reports 巻: 21 号: 9
  • DOI: 10.15252/embr.201949886
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heterotrimeric G Protein Subunit Gαq Is a Master Switch for Gβγ-Mediated Calcium Mobilization by Gi-Coupled GPCRs (2020)
  • 著者名/発表者名: Pfeil,EM, Brands,J, Merten,N, Vgtle,T, Vescovo,M, Rick, U, Albrecht,I, Heycke,N, Kawakami,K, Ono,Y, Kadji.FMN, Hiratsuka,S, Aoki,J, Heberlein,F, Matthey,M, Garg,J, Hennen,S, Jobin,M, Seier,K, Calebiro,D, Pfeifer,A, Heinemann,A, Wenzel, Dsnig,G, Nieswandt,B, Fleischmann,BK, Inoue,A, Simon K, Kostenis,E
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 80 号: 6 ページ: 940-954.e6
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2020.10.027
  • 査読あり
• [学会発表] Gタンパク質依存的なβアレスチン制御メカニズムの発見と解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 川上 耕季, 柳川 正隆, 平塚 寿々音, Arun K. Shukla, 佐甲 靖志, 青木 淳賢, 井上 飛鳥
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
• [学会発表] GPCRキナーゼ解析ツールの開発とバイアス型リガンドの解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川上耕季、井上飛鳥、平塚寿々音、青木淳賢
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] G-protein dependent GRK-biased agonism at Gq-coupled receptors (2019)
  • 著者名/発表者名: Kouki Kawakami, Suzune Hiratsuka, Junken Aoki, and Asuka Inoue
  • 学会等名: GPCR workshop
  • 国際学会