ペプチドの「多標的性」によるシグナリングの多様性の解明

本研究課題では、ペプチドとGPCRの相互作用は、従来のような「1対1、もしくはファミリー間」だけではなく、分子進化的に無関係なGPCRとも相互作用し、シグナリング細胞内を制御していること、言い換えれば、ペプチドの「多標的性」をシグナリングをペプチドの「多標的性」を証明することを目的としている。このように本来のリガンドと全く異なるペプチドと相互作用するGPCRをpeptide-multitargeted GPCR (Pep-mtg-GPCR)と名付け、ペプチドーPep-mtg-GPCR相互作用を機械学習で予測し、その予測結果を実験的に検証するものである。本年度は、計画通り、① 当研究グループが独自で開発した、ペプチド―GPCR相互作用予測機械学習システムであるPD-incorporated SVMを活用したペプチドとGPCRの相互作用予測、②予測されたペプチド―GPCR相互作用の細胞シグナリング実験による検証、を実施した。その結果、PD-incorporated SVMを用いて、ヒト、マウス、ホヤの全既知ペプチドとGPCRを対象に相互作用を解析したところ、15種のペプチド-Pep-mtg-GPCRが予測された。さらに、そのうちの1種を培養細胞に発現させて実際に当該ペプチドを投与したところ、生理学的濃度のペプチドでシグナリング活性が検出された。以上の結果から、研究計画設定時に想定したPep-mtg-GPCR相互作用は確かに存在することが明らかになった。さらに、ヒトやマウスで、これまでリガンドがわかっていなかったオーファンGPCRと既知ペプチドとの相互作用も複数予測されているので、これらについても実験的検証をしていきたい。

本研究課題では、ペプチドとGPCRの相互作用は、従来のような「1対1、もしくはファミリー間」だけではなく、分子進化的に無関係なGPCRとも相互作用し、シグナリング細胞内を制御していること、言い換えれば、ペプチドの「多標的性」をシグナリングをペプチドの「多標的性」を証明することを目的としている。このように本来のリガンドと全く異なるペプチドと相互作用するGPCRをpeptide-multitargeted GPCR (Pep-mtg-GPCR)と名付け、ペプチドーPep-mtg-GPCR相互作用を機械学習で予測し、その予測結果を実験的に検証するものである。本年度は、計画通り、① 当研究グループが独自で開発した、ペプチド―GPCR相互作用予測機械学習システムであるPD-incorporated SVMを活用したペプチドとGPCRの相互作用予測、②予測されたペプチド―GPCR相互作用の細胞シグナリング実験による検証、を実施した。その結果、PD-incorporated SVMを用いて、ヒト、マウス、ホヤの全既知ペプチドとGPCRを対象に相互作用を解析したところ、15種のペプチド-Pep-mtg-GPCRが予測された。さらに、そのうちの1種を培養細胞に発現させて実際に当該ペプチドを投与したところ、生理学的濃度のペプチドでシグナリング活性が検出された。以上の結果から、研究計画設定時に想定したPep-mtg-GPCR相互作用は確かに存在することが明らかになった。さらに、ヒトやマウスで、これまでリガンドがわかっていなかったオーファンGPCRと既知ペプチドとの相互作用も複数予測されているので、これらについても実験的検証をしていきたい。