GABA-A受容体パルミトイル化によるベンゾジアゼピン系薬剤耐性メカニズムの解明

パルミトイル化予測ツールを用いた結果、当初標的としていたβ3サブユニットのシステイン残基(C313)だけではなく、別のシステイン残基(それぞれC23及びC24)もパルミトイル化される可能性が示唆された。これを踏まえ、これらのシステイン残基をアラニンに置換した変異体を作製し、その細胞内局在を解析した。その結果、C23とC24でも細胞膜での発現が著しく減少しており、チャネルとしても機能できないことがわかった。一方、C313変異体では、細胞膜での発現が低いもののチャネルとして機能できていることがわかった。しかしながら、GABAに対する感受性が著しく減少していたことから、C313は細胞内の局在だけではなく、チャネル特性にも関与していることが示唆された。また、これらのシステイン残基はタンパク質の立体構造に重要なジスルフィド結合とは関係がなく、AlphaFold2による構造予測を行っても野生型とはほとんど差がないため、変異体によるコンフォメーションの変化は最小限度であると考えられる。そのため変異体の分布と機能の変化は、パルミトイル化されなくなった結果だと言える。以上の結果より、GABA受容体のβ3サブユニットはパルミトイル化されることで、細胞膜に発現して、受容体として機能することが示唆された。今後は、細胞膜に移行せずに細胞内のどこに蓄積しているのか、パルミトイル化に関わる酵素の同定を行うとともに、これらの結果が細胞レベルではなく個体でも起きている現象なのか、を明らかにしていく。これらの研究を推進することで、細胞膜における発現低下を原因とするベンゾジアゼピン系化合物の効果減弱メカニズムを明らかにすることができ、効果が減弱しない薬剤の開発に繋げることができる。

パルミトイル化予測ツールを用いた結果、当初標的としていたβ3サブユニットのシステイン残基(C313)だけではなく、別のシステイン残基(それぞれC23及びC24)もパルミトイル化される可能性が示唆された。これを踏まえ、これらのシステイン残基をアラニンに置換した変異体を作製し、その細胞内局在を解析した。その結果、C23とC24でも細胞膜での発現が著しく減少しており、チャネルとしても機能できないことがわかった。一方、C313変異体では、細胞膜での発現が低いもののチャネルとして機能できていることがわかった。しかしながら、GABAに対する感受性が著しく減少していたことから、C313は細胞内の局在だけではなく、チャネル特性にも関与していることが示唆された。また、これらのシステイン残基はタンパク質の立体構造に重要なジスルフィド結合とは関係がなく、AlphaFold2による構造予測を行っても野生型とはほとんど差がないため、変異体によるコンフォメーションの変化は最小限度であると考えられる。そのため変異体の分布と機能の変化は、パルミトイル化されなくなった結果だと言える。以上の結果より、GABA受容体のβ3サブユニットはパルミトイル化されることで、細胞膜に発現して、受容体として機能することが示唆された。今後は、細胞膜に移行せずに細胞内のどこに蓄積しているのか、パルミトイル化に関わる酵素の同定を行うとともに、これらの結果が細胞レベルではなく個体でも起きている現象なのか、を明らかにしていく。これらの研究を推進することで、細胞膜における発現低下を原因とするベンゾジアゼピン系化合物の効果減弱メカニズムを明らかにすることができ、効果が減弱しない薬剤の開発に繋げることができる。