Gタンパク質共役受容体のオリゴマー形成による機能調節機構

本研究はGPCRの新しい機能調節機構として注目されているGPCRダイマー形成の機能は依然と未知の点が多い。今回、GPCRダイマー形成と機能を明らかにする目的で、アデノシン受容体A_<2A>サブタイプ(A_<2A>R)とドーパミン受容体D_2サブタイプ(D_2R)とのダイマー形成をモデルとして、分子レベルで解明することをめざした。両受容体のヘテロ複合体を効率よく安定に細胞に発現させることは単に共発現させただけでは効率が低く、一般的には非常に困難である。そこで受容体をコバレントに結合させることを考案した。すなわち、両受容体の間に別の細胞膜貫通ドメイン(type II TM proteinであるODR4を用いた)をっなぎ合わせ、両受容体がC端とN端を介して融合され、かつ受容体のトポロジーが単独発現と同様になるように工夫したDNAコンストラクトを作成した。培養細胞にトランスフェクトさせ放射性標識リガンドを用いた結合実験によって分析したところ、天然のA_<2A>R/D_2Rヘテロ複合体と同等の性質を保持していることを確認した。さらに条件検討を重ね、複数個の膜タンパク質から成る複合体を、機能性一本鎖ポリペプチドとして遺伝子工学的に作製する融合タンパク質発現系を確立した。このような一本鎖GPCRダイマーは培養細胞膜に発現すること、受容体機能を保持していることも明らかにした。このように受容体活性を有する一本鎖GPCR複合体を作製することよって、細胞膜表面上ですべてのA_<2A>RやD_2R分子をホモ・ヘテロニ量体として発現させることが可能となり、GPCR二量体の機能を詳細に解析できるようになった。

本研究はGPCRの新しい機能調節機構として注目されているGPCRダイマー形成の機能は依然と未知の点が多い。今回、GPCRダイマー形成と機能を明らかにする目的で、アデノシン受容体A_<2A>サブタイプ(A_<2A>R)とドーパミン受容体D_2サブタイプ(D_2R)とのダイマー形成をモデルとして、分子レベルで解明することをめざした。両受容体のヘテロ複合体を効率よく安定に細胞に発現させることは単に共発現させただけでは効率が低く、一般的には非常に困難である。そこで受容体をコバレントに結合させることを考案した。すなわち、両受容体の間に別の細胞膜貫通ドメイン(type II TM proteinであるODR4を用いた)をっなぎ合わせ、両受容体がC端とN端を介して融合され、かつ受容体のトポロジーが単独発現と同様になるように工夫したDNAコンストラクトを作成した。培養細胞にトランスフェクトさせ放射性標識リガンドを用いた結合実験によって分析したところ、天然のA_<2A>R/D_2Rヘテロ複合体と同等の性質を保持していることを確認した。さらに条件検討を重ね、複数個の膜タンパク質から成る複合体を、機能性一本鎖ポリペプチドとして遺伝子工学的に作製する融合タンパク質発現系を確立した。このような一本鎖GPCRダイマーは培養細胞膜に発現すること、受容体機能を保持していることも明らかにした。このように受容体活性を有する一本鎖GPCR複合体を作製することよって、細胞膜表面上ですべてのA_<2A>RやD_2R分子をホモ・ヘテロニ量体として発現させることが可能となり、GPCR二量体の機能を詳細に解析できるようになった。