オピオイド受容体の網羅的シグナル解析による薬理経路の同定

2023 年度 実績報告書

• 研究領域: マルチスケールな生理作用の因数分解基盤構築
• 研究課題/領域番号: 21H05113
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 井上 飛鳥 東北大学, 薬学研究科, 教授 (50525813)
• 研究分担者: 生田 達也 東北大学, 薬学研究科, 助教 (80894815)
• 研究期間 (年度): 2021-08-23 – 2024-03-31
• キーワード: GPCR / オピオイド

研究実績の概要

本研究課題の対象GPCRであるカッパーオピオイド受容体(KOR)に対するリガンドとして斉藤班が設計・有機合成した12種類のYNT-1612類縁化合物について、KORを介したGタンパク質活性(GiおよびGo)とアレスチン活性をNanoBiT-GPCRシグナルアッセイを用いて評価した。その結果、元化合物のGタンパク質バイアスリガンドであるYNT-1612と比較して、Gタンパク質活性のEfficacyが同等かつアレスチン活性のEfficacyが減少し、Potencyが増加する類縁化合物を複数見出した。また、デルタオピオイド受容体(DOR)に対するリガンドとして斉藤班が設計・有機合成した7種類のKNT-127類縁化合物について、同様の解析を実施したところ、KNR-127とGタンパク質活性のEfficacyが同等でアレスチン活性のEfficacyが減少した類縁化合物を複数見出した。一方、これらの化合物はPotencyがKNT-127よりも低かったことから、有用性は低いものと判断した。
寿野班が構造解析を実施したKORについて、リガンド間で構造に差が見られた部位について変異体実験を行った。その結果、KORについて、アレスチン結合のみに重要なアミノ酸残基を2箇所同定した。DORについても同様に変異体実験を進め、クライオ電顕解析で得られたリガンド結合様式を検証した。
斉藤班が個体の薬理実験に使用した7種類のオピオイドリガンドについて、ヒトとマウスのオピオイド受容体に対するGタンパク質活性とアレスチン活性を網羅的に計測した。その結果、多くのリガンドの挙動は既報に一致したオピオイド受容体サブタイプの選択性を示すことを確認するとともに、一部のリガンドが広範のオピオイド受容体サブタイプを活性化させるパーシャルGタンパク質バイアス型であることを見出した。

現在までの達成度 (段落)

令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Stanford University/UCSD/Indiana University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Stanford University/UCSD/Indiana University
• [国際共同研究] Copenhagen University(デンマーク)
  • 国名: デンマーク
  • 外国機関名: Copenhagen University
• [国際共同研究] Tsinghua University(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Tsinghua University
• [国際共同研究] Indian Institute of Technology(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: Indian Institute of Technology
• [雑誌論文] Molecular mechanism of muscarinic acetylcholine receptor M3 interaction with Gq (2024)
  • 著者名/発表者名: Ham Donghee、Inoue Asuka、Xu Jun、Du Yang、Chung Ka Young
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 7 ページ: 362
  • DOI: 10.1038/s42003-024-06056-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The role of G protein-coupled receptor kinases in GLP-1R β-arrestin recruitment and internalisation (2024)
  • 著者名/発表者名: McNeill Samantha M.、Lu Jessica、Marion C. Carino Carlo、Inoue Asuka、Zhao Peishen、Sexton Patrick M.、Wootten Denise
  • 雑誌名: Biochemical Pharmacology 巻: 222 ページ: 116119～116119
  • DOI: 10.1016/j.bcp.2024.116119
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development and basic performance verification of a rapid homogeneous bioassay for agonistic antibodies against the thyroid-stimulating hormone receptor (2024)
  • 著者名/発表者名: Hoshina Motoki、Ojima Shiomi、Kawasaki Atsushi、Doi Kosuke、Ohta Satoshi、Inoue Asuka、Murayama Hiroshi
  • 雑誌名: Journal of Immunological Methods 巻: 528 ページ: 113655～113655
  • DOI: 10.1016/j.jim.2024.113655
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanisms of biased agonism by Gαi/o-biased stapled peptide agonists of the relaxin-3 receptor (2024)
  • 著者名/発表者名: Jayakody Tharindunee、Inoue Asuka、Kannan Srinivasaraghavan、Nakamura Gaku、Kawakami Kouki、Mendis Krishan、Nguyen Thanh-Binh、Li Jianguo、Herr Deron R.、Verma Chandra S.、Dawe Gavin S.
  • 雑誌名: Science Signaling 巻: 17 ページ: eabl5880
  • DOI: 10.1126/scisignal.abl5880
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] GPCR signaling bias: an emerging framework for opioid drug development (2024)
  • 著者名/発表者名: Kise Ryoji、Inoue Asuka
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 175 ページ: 367-376
  • DOI: 10.1093/jb/mvae013
• [雑誌論文] Structural and functional characterization of the endogenous agonist for orphan receptor GPR3 (2024)
  • 著者名/発表者名: Chen Geng、Staffen Nico、Wu Zhangsong、Xu Xinyu、Pan Jinheng、Inoue Asuka、Shi Tingyi、Gmeiner Peter、Du Yang、Xu Jun
  • 雑誌名: Cell Research 巻: 34 ページ: 262～265
  • DOI: 10.1038/s41422-023-00919-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Interaction modes of human orexin 2 receptor with selective and nonselective antagonists studied by NMR spectroscopy (2024)
  • 著者名/発表者名: Imamura Kayo、Akagi Ken-Ichi、Miyanoiri Yohei、Tsujimoto Hirokazu、Hirokawa Takatsugu、Ashida Hideo、Murakami Kaori、Inoue Asuka、Suno Ryoji、Ikegami Takahisa、Sekiyama Naotaka、Iwata So、Kobayashi Takuya、Tochio Hidehito
  • 雑誌名: Structure 巻: 32 ページ: 352～361.e5
  • DOI: 10.1016/j.str.2023.12.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Basal interaction of the orphan receptor GPR101 with arrestins leads to constitutive internalization (2024)
  • 著者名/発表者名: Abboud Dayana、Abboud Clauda、Inoue Asuka、Twizere Jean-Claude、Hanson Julien
  • 雑誌名: Biochemical Pharmacology 巻: 220 ページ: 116013～116013
  • DOI: 10.1016/j.bcp.2023.116013
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] GNAQ/GNA11 Mosaicism Causes Aberrant Calcium Signaling Susceptible to Targeted Therapeutics (2024)
  • 著者名/発表者名: Zecchin Davide、Knopfel Nicole、Gluck Anna K.、Stevenson Mark、Sauvadet Aimie、Polubothu Satyamaanasa、Barberan-Martin Sara、Michailidis Fanourios、Bryant Dale、Inoue Asuka、Lines Kate E.、Hannan Fadil M.、Semple Robert K.、Thakker Rajesh V.、Kinsler Veronica A.
  • 雑誌名: Journal of Investigative Dermatology 巻: 144 ページ: 811～819.e4
  • DOI: 10.1016/j.jid.2023.08.028
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Characterization of the real-time internalization of nine GPCRs reveals distinct dependence on arrestins and G proteins (2024)
  • 著者名/発表者名: Moller Thor C.、Moo Ee Von、Inoue Asuka、Pedersen Mie F.、Brauner-Osborne Hans
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research 巻: 1871 ページ: 119584～119584
  • DOI: 10.1016/j.bbamcr.2023.119584
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structural basis for ligand recognition and signaling of hydroxy-carboxylic acid receptor 2 (2023)
  • 著者名/発表者名: Park Jae-Hyun、Kawakami Kouki、Ishimoto Naito、Ikuta Tatsuya、Ohki Mio、Ekimoto Toru、Ikeguchi Mitsunori、Lee Dong-Sun、Lee Young-Ho、Tame Jeremy R. H.、Inoue Asuka、Park Sam-Yong
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 7150
  • DOI: 10.1038/s41467-023-42764-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Gαs is dispensable for β-arrestin coupling but dictates GRK selectivity and is predominant for gene expression regulation by β2-adrenergic receptor (2023)
  • 著者名/発表者名: Burghi Valeria、Paradis Justine S.、Officer Adam、Adame-Garcia Sendi Rafael、Wu Xingyu、Matthees Edda S.F.、Barsi-Rhyne Benjamin、Ramms Dana J.、Clubb Lauren、Acosta Monica、Tamayo Pablo、Bouvier Michel、Inoue Asuka、von Zastrow Mark、Hoffmann Carsten、Gutkind J. Silvio
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 299 ページ: 105293～105293
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2023.105293
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] G protein-biased LPAR1 agonism of prototypic antidepressants: Implication in the identification of novel therapeutic target for depression (2023)
  • 著者名/発表者名: Kajitani Naoto、Okada-Tsuchioka Mami、Inoue Asuka、Miyano Kanako、Masuda Takeshi、Boku Shuken、Iwamoto Kazuya、Ohtsuki Sumio、Uezono Yasuhito、Aoki Junken、Takebayashi Minoru
  • 雑誌名: Neuropsychopharmacology 巻: 49 ページ: 561～572
  • DOI: 10.1038/s41386-023-01727-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Eriodictyol and thymonin act as GPR35 agonists (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakashima Fumie、Qi Loh Wei、Wakabayashi Mayuka、Shimomura Sayako、Hattori Hiroyuki、Kita Masaki、Inoue Asuka、Uchida Koji、Shibata Takahiro
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 87 ページ: 1514～1522
  • DOI: 10.1093/bbb/zbad125
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemogenetic activation of G12 signaling enhances adipose tissue browning (2023)
  • 著者名/発表者名: Ono Yuki、Ito Ryo、Arai Kaito、Singh Gurdeep、Saitoh Tsuyoshi、Russell Robert B.、Raimondi Francesco、Aoki Junken、Sakai Juro、Inoue Asuka
  • 雑誌名: Signal Transduction and Targeted Therapy 巻: 8 ページ: 307
  • DOI: 10.1038/s41392-023-01524-2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular insights into intrinsic transducer-coupling bias in the CXCR4-CXCR7 system (2023)
  • 著者名/発表者名: Sarma Parishmita、Carino Carlo Marion C.、Seetharama Deeksha、Pandey Shubhi、Dwivedi-Agnihotri Hemlata、Rui Xue、Cao Yubo、Kawakami Kouki、Kumari Poonam、Chen Yu-Chih、Luker Kathryn E.、Yadav Prem N.、Luker Gary D.、Laporte Stephane A.、Chen Xin、Inoue Asuka、Shukla Arun K.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 4808
  • DOI: 10.1038/s41467-023-40482-9
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] GPCRome-wide analysis of G-protein-coupling diversity using a computational biology approach (2023)
  • 著者名/発表者名: Matic Marin、Miglionico Pasquale、Tatsumi Manae、Inoue Asuka、Raimondi Francesco
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 4361
  • DOI: 10.1038/s41467-023-40045-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural basis of CXC chemokine receptor 1 ligand binding and activation (2023)
  • 著者名/発表者名: Ishimoto Naito、Park Jae-Hyun、Kawakami Kouki、Tajiri Michiko、Mizutani Kenji、Akashi Satoko、Tame Jeremy R. H.、Inoue Asuka、Park Sam-Yong
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 4107
  • DOI: 10.1038/s41467-023-39799-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Class B1 GPCR activation by an intracellular agonist (2023)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Kazuhiro、Kawakami Kouki、Kusakizako Tsukasa、Tomita Atsuhiro、Nishimura Michihiro、Sawada Kazuhiro、Okamoto Hiroyuki H.、Hiratsuka Suzune、Nakamura Gaku、Kuwabara Riku、Noda Hiroshi、Muramatsu Hiroyasu、Shimizu Masaru、Taguchi Tomohiko、Inoue Asuka、Murata Takeshi、Nureki Osamu
  • 雑誌名: Nature 巻: 618 ページ: 1085～1093
  • DOI: 10.1038/s41586-023-06169-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural basis of omega-3 fatty acid receptor FFAR4 activation and G protein coupling selectivity (2023)
  • 著者名/発表者名: Yin Han、Inoue Asuka、Ma Zhengxiong、Zhu Xinyan、Xia Ruixue、Xu Zhenmei、Wang Na、Duan Yaning、Zhang Anqi、Guo Changyou、He Yuanzheng
  • 雑誌名: Cell Research 巻: 33 ページ: 644～647
  • DOI: 10.1038/s41422-023-00835-x
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Stabilization of pre-existing neurotensin receptor conformational states by β-arrestin-1 and the biased allosteric modulator ML314 (2023)
  • 著者名/発表者名: Bumbak Fabian、Bower James B.、Zemmer Skylar C.、Inoue Asuka、Pons Miquel、Paniagua Juan Carlos、Yan Fei、Ford James、Wu Hongwei、Robson Scott A.、Bathgate Ross A. D.、Scott Daniel J.、Gooley Paul R.、Ziarek Joshua J.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 3328
  • DOI: 10.1038/s41467-023-38894-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular mechanism of fatty acid activation of FFAR1 (2023)
  • 著者名/発表者名: Kumari Punita、Inoue Asuka、Chapman Karen、Lian Peng、Rosenbaum Daniel M.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 120 ページ: e2219569120
  • DOI: 10.1073/pnas.2219569120
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Activation of the urotensin-II receptor by remdesivir induces cardiomyocyte dysfunction (2023)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Akiko、Ohira Seiya、Kato Yuri、Ikuta Tatsuya、Yanagida Shota、Mi Xinya、Ishii Yukina、Kanda Yasunari、Nishida Motohiro、Inoue Asuka、Wei Fan-Yan
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 6 ページ: 511
  • DOI: 10.1038/s42003-023-04888-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structure-affinity and structure-residence time relationships of macrocyclic Gαq protein inhibitors (2023)
  • 著者名/発表者名: Voss Jan H.、Crusemann Max、Bartling Christian R.O.、Kehraus Stefan、Inoue Asuka、Konig Gabriele M.、Stromgaard Kristian、Muller Christa E.
  • 雑誌名: iScience 巻: 26 ページ: 106492～106492
  • DOI: 10.1016/j.isci.2023.106492
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Design and Synthesis of Orexin 1 Receptor-Selective Agonists (2023)
  • 著者名/発表者名: Iio Keita、Hashimoto Kao、Nagumo Yasuyuki、Amezawa Mao、Hasegawa Taisei、Yamamoto Naoshi、Kutsumura Noriki、Takeuchi Katsuhiko、Ishikawa Yukiko、Yamamoto Hikari、Tokuda Akihisa、Sato Tetsu、Uchida Yasuo、Inoue Asuka、Tanimura Ryuji、Yanagisawa Masashi、Nagase Hiroshi、Saitoh Tsuyoshi
  • 雑誌名: Journal of Medicinal Chemistry 巻: 66 ページ: 5453～5464
  • DOI: 10.1021/acs.jmedchem.2c01773
  • 査読あり
• [雑誌論文] Function and dynamics of the intrinsically disordered carboxyl terminus of β2 adrenergic receptor (2023)
  • 著者名/発表者名: Heng Jie、Hu Yunfei、Perez-Hernandez Guillermo、Inoue Asuka、Zhao Jiawei、Ma Xiuyan、Sun Xiaoou、Kawakami Kouki、Ikuta Tatsuya、Ding Jienv、Yang Yujie、Zhang Lujia、Peng Sijia、Niu Xiaogang、Li Hongwei、Guixa-Gonzalez Ramon、Jin Changwen、Hildebrand Peter W.、Chen Chunlai、Kobilka Brian K.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 2005
  • DOI: 10.1038/s41467-023-37233-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Migration mediated by the oxysterol receptor GPR183 depends on arrestin coupling but not receptor internalization (2023)
  • 著者名/発表者名: Kjaer Viktoria M.S.、Daugvilaite Viktorija、Stepniewski Tomasz M.、Madsen Christian M.、Jorgensen Astrid S.、Bhuskute Kaustubh R.、Inoue Asuka、Ulven Trond、Benned-Jensen Tau、Hjorth Siv A.、Hjorto Gertrud M.、Moo Ee Von、Selent Jana、Rosenkilde Mette M.
  • 雑誌名: Science Signaling 巻: 16 ページ: eabl4283
  • DOI: 10.1126/scisignal.abl4283
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Phosphorylation barcodes direct biased chemokine signaling at CXCR3 (2023)
  • 著者名/発表者名: Eiger Dylan S.、Smith Jeffrey S.、Shi Tujin、Stepniewski Tomasz Maciej、Tsai Chia-Feng、Honeycutt Christopher、Boldizsar Noelia、Gardner Julia、Nicora Carrie D.、Moghieb Ahmed M.、Kawakami Kouki、Choi Issac、Hicks Chloe、Zheng Kevin、Warman Anmol、et al.
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: 30 ページ: 362～382.e8
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2023.03.006
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Insights into distinct signaling profiles of the μOR activated by diverse agonists (2023)
  • 著者名/発表者名: Qu Qianhui、Huang Weijiao、Aydin Deniz、Paggi Joseph M.、Seven Alpay B.、Wang Haoqing、Chakraborty Soumen、Che Tao、DiBerto Jeffrey F.、Robertson Michael J.、Inoue Asuka、Suomivuori Carl-Mikael、Roth Bryan L.、Majumdar Susruta、Dror Ron O.、Kobilka Brian K.、Skiniotis Georgios
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 19 ページ: 423～430
  • DOI: 10.1038/s41589-022-01208-y
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] GPCRに対する結合様式によってβアレスチンは機能を区別する (2023)
  • 著者名/発表者名: 桑原莉来、柳川正隆、中村楽、井上飛鳥
  • 学会等名: 第22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2023
• [学会発表] GPCRとβアレスチンの結合多様性と機能的役割の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中村楽、桑原莉来、川上 耕季、井上飛鳥
  • 学会等名: 第96回日本生化学会大会
• [学会発表] レポーターアッセイを用いたGPCRシグナルネットワークの解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 齋藤郁貴、木瀬亮次、川上耕季、井上飛鳥
  • 学会等名: 第96回日本生化学会大会
• [学会発表] Alternate activation mechanisms of β-arrestins and G proteins (2023)
  • 著者名/発表者名: Asuka Inoue
  • 学会等名: Structure, Function and Dynamics International Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 研究室HP
  • URL: http://www.pharm.tohoku.ac.jp/~seika/2020/index.html
• [備考] 東北大学薬学研究科HP
  • URL: http://www.pharm.tohoku.ac.jp/home/information/