低カルシウム血症を引き起こすカルシウム感知受容体の変異が膜貫通性の塩橋を阻害して、β-アレスチン偏向性シグナル伝達を活性化する

Sci. Signal. 20 Feb 2018:
Vol. 11, Issue 518, eaan3714
DOI: 10.1126/scisignal.aan3714

Caroline M. Gorvin^1,*,†, Valerie N. Babinsky¹, Tomas Malinauskas², Peter H. Nissen³, Anders J. Schou⁴, Aylin C. Hanyaloglu⁵, Christian Siebold², E. Yvonne Jones², Fadil M. Hannan^1,6,‡, and Rajesh V. Thakker^1,‡

¹ Academic Endocrine Unit, Oxford Centre for Diabetes, Endocrinology and Metabolism, Radcliffe Department of Medicine, University of Oxford, Oxford OX3 7LJ, UK.
² Division of Structural Biology, Wellcome Trust Centre for Human Genetics, University of Oxford, Oxford OX3 7BN, UK.
³ Department of Clinical Biochemistry, Aarhus University Hospital, DK-8200 Aarhus N, Denmark.
⁴ Hans Christian Andersen Children's Hospital, Odense University Hospital, 5000 Odense C, Denmark.
⁵ Institute of Reproductive and Developmental Biology, Faculty of Medicine, Imperial College London W12 0NN, UK.
⁶ Institute of Ageing and Chronic Disease, University of Liverpool, Liverpool L7 8TX, UK.

‡ Corresponding author. Email: rajesh.thakker@ndm.ox.ac.uk (R.V.T.); fadil.hannan@liverpool.ac.uk (F.M.H.)

* Present address: Institute of Metabolism and Systems Research, University of Birmingham, Birmingham B15 2TT, UK.

† Present address: Centre for Endocrinology, Diabetes and Metabolism, Birmingham Health Partners, Birmingham B15 2TH, UK.

要約

カルシウム感知受容体（CaSR）は、G_q/11およびG_i/oを介したシグナルにより細胞質カルシウム（Ca²⁺_i）およびマイトジェン活性化プロテインキナーゼ（MAPK）のシグナル伝達を刺激し、細胞外のカルシウムホメオスタシスを制御する、Gタンパク質共役受容体（GPCR）である。家族性低カルシウム尿性高カルシウム血症1型（FHH1）引き起こす機能喪失型CASR変異、および常染色体優性低カルシウム血症1型（ADH1）を引き起こす機能獲得型CASRの研究から、CaSRは偏向性にシグナルを伝達することが明らかにされた。したがって、FHH1に関連する一部の変異は主にMAPK経路を介したシグナル伝達に至り、一方でADH1に関連する変異は選択的にCa²⁺_i反応を亢進する。われわれは、これまで同定されていなかったADH1関連R680G CaSR変異を検討し、それにより偏向性のシグナル伝達を媒介するCaSR構造モチーフの同定に至ったので、これを報告する。HEK 293細胞でCaSR^R680Gを発現させることで、この変異がCa²⁺_i応答を変化させることなくMAPKシグナル伝達を増強させることを明らかにした。さらに、MAPK活性の機能獲得はG_q/11およびG_i/oとは独立して生じ、その代り、β-アレスチンタンパク質が関与する非古典的経路が介するものであった。ホモロジーモデリングおよび変異導入試験から、R680G CaSR変異は、CaSRの膜貫通ドメイン3と細胞外ループ2にそれぞれ位置するArg⁶⁸⁰とGlu⁷⁶⁷の間で形成される塩橋を破壊することで、β-アレスチンシグナル伝達を選択的に増強することが明らかとなった。このようにわれわれの結果は、β-アレスチンを介したCaSRのシグナル伝達、およびシグナル伝達バイアスの媒介におけるArg⁶⁸⁰-Glu⁷⁶⁷塩橋の重要性を立証している。

Citation: C. M. Gorvin, V. N. Babinsky, T. Malinauskas, P. H. Nissen, A. J. Schou, A. C. Hanyaloglu, C. Siebold, E. Y. Jones, F. M. Hannan, R. V. Thakker, A calcium-sensing receptor mutation causing -arrestin-biased signaling. βhypocalcemia disrupts a transmembrane salt bridge to activate Sci. Signal. 11, eaan3714 (2018)