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Gタンパク質共役受容体に対するリガンド作用の1分子拡散に基づく評価

Single-molecule diffusion-based estimation of ligand effects on G protein-coupled receptors

Research Article

Sci. Signal. 18 Sep 2018:
Vol. 11, Issue 548, eaao1917
DOI: 10.1126/scisignal.aao1917

Masataka Yanagawa1, Michio Hiroshima1,2,3, Yuichi Togashi2,4,5, Mitsuhiro Abe1, Takahiro Yamashita6, Yoshinori Shichida6,7, Masayuki Murata7,8, Masahiro Ueda2,9, and Yasushi Sako1,*

1 Cellular Informatics Laboratory, RIKEN Cluster for Pioneering Research, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan.
2 Laboratory for Cell Signaling Dynamics, RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research, 6-2-3, Furuedai, Suita, Osaka 565-0874, Japan.
3 Japan Science and Technology Agency (JST), Core Research for Evolutional Science and Technology (CREST), Saitama, Japan.
4 Research Center for the Mathematics on Chromatin Live Dynamics, Hiroshima University, 1-3-1 Kagamiyama, Higashi-Hiroshima, Hiroshima 739-8526, Japan.
5 Cybermedia Center, Osaka University, 5-1 Mihogaoka, Ibaraki, Osaka 567-0047, Japan.
6 Department of Biophysics, Graduate School of Science, Kyoto University, Kyoto 606-8502, Japan.
7 Research Organization for Science and Technology, Ritsumeikan University, Kusatsu, Shiga 525-8577, Japan.
8 Department of Life Sciences, Graduate School of Arts and Sciences, The University of Tokyo, Komaba 3-8-1, Meguro-ku, Tokyo 153-8902, Japan.
9 Laboratory of Single Molecule Biology, Graduate School of Frontier Biosciences, Osaka University, 1-3 Yamadaoka, Suita, Osaka 565-0871, Japan.

* Corresponding author. Email: sako@riken.jp

要約

Gタンパク質共役受容体(GPCR)は主要な薬剤標的である。GPCRの活性を測定する方法の開発は、薬理学と薬剤スクリーニングに不可欠である。しかし、細胞表面での受容体の観察によって薬剤の作用を測定することは困難である。そのため、受容体のシグナル伝達経路選択性に依存する、下流シグナル伝達分子の濃度の変化が、受容体活性の指標として用いられる場合が多い。われわれは、1分子イメージングが、GPCRに対するリガンドの作用を評価するための代替的方法になることを示す。全反射蛍光顕微鏡法(TIRFM)を用いて、クラスC GPCRの1つである代謝型グルタミン酸受容体3(mGluR3)の拡散のダイナミクスを、さまざまなリガンド条件下で観察した。1分子追跡解析により、mGluR3の平均拡散係数の上昇と低下が、それぞれ、受容体のリガンド依存性の不活性化と活性化を定量的に反映することが示された。阻害剤と2色同時1分子イメージングを用いた実験により、受容体分子の拡散は、GPCRに関連する共通の生理学的事象であるGタンパク質結合やクラスリン被覆ピットへの受容体集積などによって変化することがわかった。さらに、アゴニストによってクラスAおよびBのGPCRの平均拡散係数が低下することも確認され、このパラメータが、受容体の系統群、リガンドの化学的性質、Gタンパク質共役選択性を問わず、多数のGPCRに対するリガンド作用を推定するのに適した指標であることが証明された。

Citation: M. Yanagawa, M. Hiroshima, Y. Togashi, M. Abe, T. Yamashita, Y. Shichida, M. Murata, M. Ueda, Y. Sako, Single-molecule diffusion-based estimation of ligand effects on G protein-coupled receptors. Sci. Signal. 11, eaao1917 (2018).

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