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【論文2】短鎖脂肪酸受容体のヘテロ二量体形成?

味覚受容体のようなGPCRはヘテロ二量体を形成して多様なシグナルを伝達することが知られている。ただ、基本的にGPCRはホモ二量体を形成することでシグナル伝達することが多い。グルココルチコイド受容体などがその典型だ。一方で、最近はホモ二量体として機能すると知られていたGPCRが全く別のGPCRとヘテロ二量体を形成してシグナル伝達を行っているという報告が増えてきており、GPCR領域の新たな研究対象となっている。

 

本日紹介する論文もその一例で、タイトルは「FFAR2-FFAR3 receptor heteromerization modulates short-chain fatty acid sensing(FFAR2-FFAR3ヘテロ二量体は短鎖脂肪酸の受容を調節する)」だ。

 

FFAR2はGPR43、FFAR3はGPR41としても知られるGPCRで、酢酸・酪酸・プロピオン酸などの短鎖脂肪酸を受容する。これら短鎖脂肪酸はヒト腸内細菌の代謝物としても有名だ。筆者らはヒト結腸上皮細胞、ヒト単球、ヒトマクロファージにこれらGPCRが共発現していること、GPR41/43を共発現する細胞でどちらか片方を活性化させるとどちらもp38のリン酸化を促進すること、などの過去の知見を元にGPR41/43二量体の発想に行きついたのだと推察する。

 

GPCRヘテロ二量体を証明する方法はいくつかあるが、筆者らはin situ proximity ligation assay1)や免疫組織染色、FRET、BiFC法(Bimolecular fluorescence complementation assay法2))といった複数の手法を用いてGPR41/43がヘテロ二量体を形成し得ることを示している。この二量体形成は実際にヒトから採取した単球・マクロファージでも確認できた。また、陰性対照としてGLUT4もしくはP2RY1との相互作用もBiFC法で確認しているが、二量体の形成は確認されなかった。

 

次に、HEK293細胞にGPR41、GPR43、GPR41/43をそれぞれ発現させて酢酸の応答をCa2+イメージングで調べた結果、GPR41/43-HEK293はGPR41-HEK293やGPR43-HEK293よりも2~3倍強い活性を示した。この応答はGPR43アンタゴニストで抑制された。この増強現象はCa2+だけでなくcAMPやβ-アレスチンの活性を指標にした場合でも観察されるため、複数のシグナル経路が関与している可能性がある。また興味深いことに、GPR43, GPR41はホモ二量体を形成するとGiタンパク質と相互作用することが知られているが、ヘテロ二量体だとGiとの相互作用は無くなることを見出した。

 

話はこれだけだが、実際にヒトの組織でもGPCR41/43の二量体形成を確認できたことは興味深い。ただ、この手の論文を読むといつも感じるが、どうやってそのヘテロ二量体のみの活性を評価できる系を作るのだろうか。ホモ二量体の活性化がヘテロ二量体に何らかの影響を与えているという可能性を除外できる系を是非つくっていただきたい。それができるようになればヘテロ二量体を狙った新しい医薬品の開発が加速するだろう。

 

この課題に対して筆者らは今後、ヘテロ二量体形成を阻害する短鎖ペプチドの開発や、ホモ二量体形成のみを起こらなくする変異GPCRを新たに開発するとのことだ。前者はmRNAディスプレイ法やペプチドアレイ、後者はBryan L Rothらが有する変異GPCR解析技術3)などを使えば可能かもしれない。今後の展開を期待したい。

 

<引用文献、参照情報>

1)  Duolink PLA 免疫染色シグナル増幅技術(Sigma-Aldrich)

https://www.sigmaaldrich.com/japan/lifescience/proteomics/protein-detection/duolink.html

 

2)  藤井雄太ら, 誤解しないBiFC法のすすめ:蛍光タンパク質を使ったタンパク質間相互作用イメージング. Regulation of Plant Growth & Development51. 48-51, 2016

 

3)  Dong S., et al. Directed molecular evolution of DREADDs: a generic approach to creating next-generation RASSLs. Nat Protoc. 2010 Mar;5(3):561-73.

 

※最後まで読んでいただきありがとうございました。

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