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Ligand recognition and activation mechanism of class A GPCRs

井爪, 珠希 東京大学 DOI:10.15083/0002006713

2023.03.24

概要

論文審査の結果の要旨
氏名

井爪

珠希

本論文は4章からなる。第1章は、イントロダクションであり、G タンパク質共役受容
体 (GPCR) のうち最大のサブファミリーである class A GPCR の概論が記述されている。
本論文では特に、ペプチドホルモンを内在性リガンドとするエンドセリン受容体および
リゾリン脂質受容体のうち、リゾホスファチジルセリン (LysoPS) を内在性リガンドと
する GPR34 について論じている。
第2章では、ヒト由来のエンドセリン受容体 B 型および 4 種類のアゴニストとの複合
体の精製、結晶化、X 線結晶構造解析について詳細に記述されている。論文提出者は精製
タンパクを脂質二重膜に再構成して結晶化する手法である Lipidic cubic phase (LCP) 法
を用いて,うち3種類のアゴニスト複合体についてそれぞれ 2.0, 2.7, 2.8 Åで高分解能
構造を決定した。各種アゴニストの受容体結合様式および構造情報に基づく変異体解析、
分子動力学シミュレーションから、エンドセリン受容体のうち ETBR に選択的に結合す
るアゴニストの結合様式の知見を示した。また、人工ペプチドである IRL1620 は生体リ
ガンドと比較して細胞外側の TM の傾きおよび class A GPCR 間で保存性が高い受容体
コア部のアスパラギン酸の相互作用相手に違いがみられた。これに基づく ET-3、IRL1620 の ETBR 活性化能評価から、ETBR の活性化機構および部分活性化機構の詳細を
論じている。
第 3 章では、ヒト由来の LysoPS 受容体の一つである GPR34 および LysoPS アナロ
グ、Gi タンパク質、単鎖抗体の複合体の精製、クライオ電子顕微鏡による撮影、単粒子
解析について詳細に記述されている。論文提出者は GPR34 複合体のクライオ電顕マップ
を 3.6 Åで取得し、構造を決定した。GPR34 は細胞外側を覆うような蓋構造を取ってい
る点で多くの脂質受容体と共通していたが、これまでに報告された脂質受容体とは異な
り蓋を構成する細胞外ループがαヘリックスを形成していた。また、論文提出者は密度マ
ップと受容体の立体構造の重ね合わせから、受容体由来ではない密度が蓋構造と TM の
間にあることに着目した。周辺部位を他脂質受容体構造と比較することでこの部位が
LysoPS のアナログリガンド結合部位である可能性が示唆されている。
第 4 章では、論文全体を通した総括と、これまでに報告された他の class A GPCR と
ETBR の活性化機構および部分作動薬結合構造との比較、GPR34 と他のいくつかの脂質
受容体にみられる特徴的な立体構造の比較を行い、class A GPCR のリガンド認識機構お
よび活性化機構について考察が述べられている。
本論文では、ヒト由来エンドセリン受容体 B 型および 3 種類のアゴニストの複合体、
およびヒト由来 GPR34 および LysoPS アナログ、Gi タンパク質、単鎖抗体の複合体の
立体構造をそれぞれ X 線結晶構造解析およびクライオ電顕による単粒子解析という異な
る手法を用いて異なる活性化状態にある GPCR の立体構造を決定した。さらに、ET-3 お
よび IRL1620 結合型 ETBR に関しては in vivo、S6b 結合型 ETBR に関しては in silico

の機能解析が行われており、ETBR のリガンド認識機構の分子基盤への理解を大きく進
展させた。また、LysoPS 受容体の立体構造はこれまでに報告されていない。本論文で明
らかになった GPR34 の構造情報は LysoPS 受容体の立体構造の知見をもたらすととも
に、脂質受容体で十分に明らかになっていないリガンドのオルソステリック部位および
オルソステリック部位へのアクセス経路への理解を大きく押し進めるものである。
なお、本論文第2章は、濡木理教授、西澤知宏准教授、志甫谷渉助教、宮内弘剛博士、
山下恵太郎博士、青木淳賢教授、井上飛鳥准教授、Francois Marie Ngako Kadji 博士、
平田邦生博士との共同研究であるが、論文提出者が主体となって研究が遂行されており、
論文提出者の寄与が十分であると判断する。
したがって、博士(理学)の学位を授与できると認める。

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Original papers related to this thesis

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Wataru Shihoya*, Tamaki Izume*, Asuka Inoue, Keitaro Yamashita, Francois

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Nureki

Crystal structures of human ETB receptor provide mechanistic insight into receptor

activation and partial activation

Nature communications 9 4711 (9 November 2018)

(2)

Tamaki Izume, Hirotake Miyauchi, Wataru Shihoya, Osamu Nureki

Crystal structure of human endothelin ETB receptor in complex with sarafotoxin

S6b

Biochemical and Biophysical Research Communications 23 July 2020 528-2 383388

76

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