GTP結合蛋白質の活性を利用した医薬品の新しいスクリーニング法の開発

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04557107
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 堅田 明 東京工業大学, 生命理工学部, 教授 (10088859)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石井 孝司 帝人株式会社, 生物医学第一研究所, 研究員 ; 仁科 博史 東京工業大学, 生命理工学部, 助手 (60212122) ; 高橋 勝宣 東京工業大学, 生命理工学部, 助手 (40183850)
• Keywords: GTP結合タンパク質 / 百日咳毒素 / 細胞膜受容体 / ADPリボシル化 / 情報伝達 / 抗鬱薬

Research Abstract

細胞膜受容体刺激の情報は、多くの場合G蛋白質αサブユニット上のGDP-GTP交換反応の促進を介して効果器系に伝達され、その結果諸種の細胞応答が発現する。バチ毒素から単離されたペプチドのマストパランはG蛋白質を直接活性化することが知られているが、この活性化はG蛋白質を予め百日咳毒素でADPリボシル化することにより抑制されるので、マストパランがG蛋白質に対して受容体刺激と類似の作用をもつことを意味し、G蛋白質の新しい活性化機構の存在が指摘された。
本研究では、種々のG蛋白質に対する生理活性ペプチドおよび関連の低分子化合物の効果を、主にリン脂質小胞に再構成したG蛋白質のGTP水解活性に与える影響から検討した。1.マストラパラン及び同様にヒスタミン遊離作用をもつ合成化合物48/80は、濃度依存的にG蛋白質のもつGTPアーゼ活性を上昇させたが、両者の活性化の程度はG蛋白質の種類によって異なり、G蛋白質に対する特異性が観察された。2.MCDペプチドにもG_<i-1>よりG_oにより親和性が高いGTPアーゼ活性化作用が認められた。さらに、D-アミノ酸から合成された光学異性体のMCDペプチドにも、同様のGTPアーゼ活性化作用が観察された。3.本研究では新しい薬剤のスクリーニング系としてG蛋白質の活性測定法が有用である可能性についても検討を加えたが、三環系抗鬱薬に顕著な、そして不定型抗鬱薬にも有意な、G蛋白質のGTPアーゼ上昇作用が認められた。まちG蛋白質を活性化する効力の強さと、実際に臨床的に用いる場合の投与量は反比例しており、G蛋白質の活性化作用と抗鬱効果に正の相関があることが示された。4.中枢神経系作動薬の構造とG蛋白質の活性化作用の強弱について比較したところ、活性化作用をもつ化合物はフェニル基や7員環、8員環という疎水性部分と塩基性のアミン側鎖からなる親水性部分をもち、先にG蛋白質を活性化することを明らかにした生理活性ペプチドMCDやマストパランと同様な両親媒性構造をもつことが明らかにされた。

Research Products

• [Publications] Hideko Yamamoto,Urara Tomita,Masahiko Mikuni,Ichiroh Kobayasi,Ariyuki Kagaya,Toshiaki Katada,Michio Ui,& Kiyohisa Takahashi: "Direct activation of purified G_O-type GTP binding protein by tricyclic antidepressants" Neuroscience Letters. 139. 194-196 (1992)
• [Publications] Kenji Kontani,Katsunobu Takahashi,Astushi Inanobe,Michi Ui,& Toshiaki Katada: "Molecular heterogeneity of the βγ-subunits of GTP-binding proteins in bovine brain membranes" Archives of Biochemistry and Biophysics. 294. 527-533 (1992)
• [Publications] Yoshinori Takei,Hiroshi Kurosu,Katsunobu Takahashi,& Toshiaki Katada: "A GTP-binding protein in rat liver nuclei serving as the specific substrate of pertussis toxin-catalyzed ADP-ribosylation" Journal of Biological Chemistry. 267. 5058-5089 (1992)
• [Publications] Iiri Taroh,Yoshiharu Ohoka,Michi Ui,& Toshiaki Katada: "Modification of the function of pertussis toxin substrate GTP-binding protein by cholera toxin-catalyzed ADP-ribosylation" Journal of Biological Chemistry. 267. 1020-1026 (1992)
• [Publications] Urara Tomita,Katsunobu Takahashi,Kazuhiro Ikenaka,Tetsuro Kondo,Ichiro Fujimoto,Saburo Aimoto,Katsuhiko Mikishiba,Michio Ui,& Toshiaki Katada: "Direct activation of GTP-binding proteins by venom peptides that contain cationic clusters within their alpha-helical structures" Biochemical and Biophysical Research Communications. 178. 400-406 (1991)
• [Publications] Toshiaki Katada,Yoshiharu Ohoka,Urara Tomita,Taroh Iiri,Hiroshi Nishina,& Katsunobu Takahashi (eds.Hiroshi Yosida & Michi Ui): "Neurotransmitter Receptors and Intracellular Signaling" Excerpta Medica(Amsterdam), 91 (1992)
• [Publications] Toshiaki Katada,Yoshiharu Ohoka,Katsunobu Takahashi, & Taroh Iiri (eds.Hisakazu Yasuda,& Hideaki Kawaguchi): "New Aspects in the treatment of Failing Heart" Springer-Verlag(Berlin), 241 (1992)