クライオ電子顕微鏡を用いたClass B GPCRの単粒子構造解析

使用冷冻电子显微镜分析 B 类 GPCR 的单颗粒结构

基本信息

批准号：
20J21820
负责人：
小林和弘
金额：
$ 1.98万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年は副甲状腺ホルモン受容体(PTH1R)を介した骨粗しょう症治療における最大の問題点の一つである副作用の発現機構について、その分子機構を明らかにした。これまでに、アミノ酸1字配列に基づいてPTHの持つ強い造骨能とPTHrPの持つ弱い副作用を兼ね備えた新規骨粗しょう症治療薬が探索され、LA-PTHが製造された。しかし、予想に反してLA-PTHはPTHよりも強い副作用が生じ、PTH1Rを介した副作用発現機構の分子基盤は不明であった。申請者はPTH1RによるPTH及びPTHrPの認識機構を解明し、PTHによる副作用発現について1アミノ酸のレベルで解明した。また、計算機シミュレーションを用いることで、タンパク質レベルでの副作用発現機構と、細胞レベルでの副作用発現機構の画一的な理解を可能とした。加えて、先行研究のLA-PTHが予想に反して強い副作用を生み出す分子メカニズムも明らかにし、理想的な骨粗しょう症治療薬開発に向けた創薬戦術を提案した。さらに、本年はPTH1Rに対する非ペプチド性作動薬(PCO371)の認識機構を明らかにした。この構造からはPCO371はこれまで見つかっていなかった新規の細胞内ポケットに結合し、PCO371の受容体活性化メカニズムは一般的なGPCRの作動メカニズムとは異なっていることが明らかになった。PCO371は細胞内領域のみを直接活性化構造に固定することが可能であり、PTH1RによるGタンパク質とβ-arrestinの結合能を直接制御することでGタンパク質のみを活性化することが明らかになった。これらの事実から細胞内領域を介したバイアスドシグナリングという全く新しい概念が提案された。最後に、このPCO371の結合する薬剤ポケットは15の受容体に保存されていることを明らかにし、PCO371は少なくとも7個の受容体を活性化できることを明らかにした。

今年，我们阐明了副作用的分子机制，这是通过甲状旁腺激素受体（PTH1R）通过骨质疏松治疗中最大的问题之一。迄今为止，已经根据单特性氨基酸序列搜索了PTH和PTHRP弱副作用的新型骨质疏松疗法，并产生了LA-PTH。但是，与预期相反，LA-PTH的副作用比PTH更强，并且PTH1R介导的副作用机理的分子基础尚不清楚。申请人阐明了PTH1R识别PTH和PTHRP的机理，并阐明了由PTH在一个氨基酸水平上引起的副作用的发生。此外，使用计算机模拟，可以统一了解蛋白质水平的副作用机理以及细胞水平上副作用的机制。此外，先前的研究LA-PTH还发现了产生强大副作用，与期望相反的分子机制，并提出了一种用于开发理想骨质疏松治疗药物的药物发现策略。此外，今年我们阐明了对PTH1R的非肽激动剂（PCO371）的识别机理。该结构表明，PCO371与新的，以前无法检测到的细胞内袋结合，PCO371的受体激活机制与GPCR操作剂的一般机制不同。已经揭示了PCO371可以直接将细胞内区域固定到活化的结构中，并且它仅通过直接控制PTH1R的G蛋白与β-arrestin的结合能力来激活G蛋白。这些事实提出了通过细胞内区域的偏见信号传导的全新概念。最后，我们揭示了PCO371的这种结合药袋在15受体下保守，表明PCO371至少可以激活7种受体。

项目成果

期刊论文数量（11）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

A novel activation mechanism of class B1 GPCRs via an intracellular pocket

通过细胞内口袋的 B1 类 GPCR 的新型激活机制

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
Nature
影响因子：
64.8
作者：
Kazuhiro Kobayashi;Kouki Kawakami;Tsukasa Kusakizako;Atsuhiro Tomita;Michihiro Nishimura;Kazuhiro Sawada;Hiroyuki H. Okamoto;Suzune Hiratsuka;Gaku Nakamura;Riku Kuwabara;Hiroshi Noda;Hiroyasu Muramatsu;Masaru Shimizu;Tomohiko Taguchi;Asuka
通讯作者：
Asuka

Cryo-EM structure of the human PAC1 receptor coupled to an engineered heterotrimeric G protein