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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J21820/
• 关键词: GPCR; 単粒子構造解析; クライオ電顕; 慢性疾患; 副甲状腺ホルモン受容体; 細胞内作動薬; シグナルバイアス; 副作用制御

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。

This year, parathyroid hormone receptor (PTH 1R) mediates the development of side effects and molecular mechanisms in the treatment of bone thickening. This is the first time that a new drug has been developed for the treatment of bone diseases. The molecular basis of the mechanism by which these side effects occur is unknown. The applicant has clarified the understanding mechanism of PTH and PTHrP in PTH 1R and the side effect development in PTH 1R. It is possible to understand the mechanism of side effect development in the computer system and the mechanism of side effect development in the cell system. In addition, LA-PTH has been studied in advance, and the molecular mechanism for the development of anti-inflammatory and anti-inflammatory drugs has been proposed. This year, PTH1R is the first non-governmental organization (PCO371) to be recognized. The structure of PCO371 is different from that of PCO371. The receptor activation of PCO371 is different from that of PCO371. PCO371 is a direct activator of the intracellular domain. It is possible to directly control the binding energy of PTH1R and β-arrestin. This is a new concept proposed by the Ministry of Education. Finally, PCO 371 was activated in the presence of 15 receptors.

项目成果

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

• 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

• DOI: 10.1038/s41594-020-0386-8
• 发表时间: 2020-03-01
• 期刊: NATURE STRUCTURAL & MOLECULAR BIOLOGY
• 影响因子: 16.8
• 作者: Kobayashi, Kazuhiro;Shihoya, Wataru;Nureki, Osamu
• 通讯作者: Nureki, Osamu

Endogenous ligand recognition and structural transition of a human PTH receptor

• DOI: 10.1016/j.molcel.2022.07.003
• 发表时间: 2022-09-15
• 期刊: MOLECULAR CELL
• 影响因子: 16
• 作者: Kobayashi, Kazuhiro;Kawakami, Kouki;Nureki, Osamu
• 通讯作者: Nureki, Osamu

Cryo-EM structure of class B GPCR structures

B 类 GPCR 结构的冷冻电镜结构

• 发表时间: 2022
• 作者: 林啓太;新留嘉彬; 藤ヶ谷剛彦; 白木智丈;小林和弘
• 通讯作者: 小林和弘

Structure of the human secretin receptor coupled to an engineered heterotrimeric G protein

• DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.08.042
• 发表时间: 2020-12-17
• 期刊: BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS
• 影响因子: 3.1
• 作者: Fukuhara, Satoshi;Kobayashi, Kazuhiro;Nureki, Osamu
• 通讯作者: Nureki, Osamu