プロスタノイド受容体の電圧依存性

Voltage Dependence of Prostanoid Receptors.

• Michael Kurz
• Anna-Lena Krett
• Moritz Bünemann

抄録

Gタンパク質共役型受容体（GPCR）は、膜貫通型受容体の中で最大のクラスであり、神経伝達物質、ホルモン、薬物などの細胞外シグナルから細胞応答に情報を伝達するシグナルメディエーターとしての役割を果たしています。これらの受容体は、細胞膜の強い電場にさらされています。過去 10 年の間に、リガンド誘導 GPCR 活性の電圧変調がいくつかの GPCR について報告されている。我々は、フォアスター共鳴エネルギー移動型バイオセンサーを用いてパッチクランプ実験を行い、トロンボキサン受容体（TP受容体）の電圧依存性が受容体レベルおよび下流のシグナル伝達に依存していることを発見した。TP受容体の活性は、プロスタグランジンHの安定なアナログであるU46619の存在下で、脱分極により-90mVから+60mVまで2倍に増加し、TP受容体の半最大有効電位（V）は-46mVであった。脱分極はTP受容体に対するアゴニスト親和性に影響を与えることを明らかにした。脱分極により、U46619のいくつかの構造的アナログの応答が増強され、分子の周囲で同様の程度の修飾を受けたことから、電圧がTP受容体の一般的なコンフォメーションを調節していることが示唆された。サイト直接変異誘発法を用いて、TP受容体R295を同定したところ、変異によりTP受容体の電圧感受性が変化した。U46619で活性化されたプロスタグランジンF受容体やイロプロストで活性化されたプロスタグランジンE受容体サブタイプ3はTP受容体と同様の脱分極反応を示したため、電圧感受性はTP受容体に限ったものではなかった。しかし、イロプロストで活性化されたプロスタサイクリン受容体は、検出可能な電圧依存性を示さなかった。シグニフィカンス・ステートメント。プロスタノイドは、興奮性細胞の細胞膜に発現する膜貫通型受容体を介して、その生理作用の多くを媒介している。プロスタグランジンF受容体、プロスタグランジンE受容体、トロンボキサン受容体は脱分極により活性化されるが、プロスタサイクリン受容体は活性化されないことを明らかにした。トロンボキサン受容体活性の電圧誘起変調は、受容体のコンフォメーションと下流のシグナル伝達のレベルで観察された。電圧依存性の範囲は、アゴニスト結合ポケット内のR295によって制限されていた。

G protein-coupled receptors (GPCRs) are the largest class of transmembrane receptors and serve as signal mediators to transduce information from extracellular signals such as neurotransmitters, hormones, or drugs to cellular responses. They are exposed to the strong electrical field of the plasma membrane. In the last decade voltage modulation of ligand-induced GPCR activity has been reported for several GPCRs. Using Foerster resonance energy transfer-based biosensors in patch clamp experiments, we discovered a robust voltage dependence of the thromboxane receptor (TP receptor) on the receptor level as well as on downstream signaling. TP receptor activity doubled upon depolarization from -90 to +60 mV in the presence of U46619, a stable analog of prostaglandin H Half-maximal effective potential (V) determined for TP receptor was -46 mV, which is within the physiologic range. We identified that depolarization affected the agonist affinity for the TP receptor. Depolarization enhanced responses of several structural analogs of U46619 with modifications to a similar extent all around the molecule, indicating that voltage modulates the general conformation of TP receptor. By means of site direct mutagenesis, we identified TP receptor R295, which showed alteration of voltage sensitivity of TP receptor upon mutation. Voltage sensitivity was not limited to TP receptor because prostaglandin F receptor activated with U46619 and prostaglandin E receptor subtype 3 activated with iloprost showed a similar reaction to depolarization as TP receptor. However, prostacyclin receptor activated with iloprost showed no detectable voltage dependence. SIGNIFICANCE STATEMENT: Prostanoids mediate many of their physiological effects via transmembrane receptors expressed in the plasma membrane of excitable cells. We found that agonist-mediated activation of prostaglandin F receptors and prostaglandin E receptors as well as thromboxane receptors are activated upon depolarization, whereas prostacyclin receptors are not. The voltage-induced modulation of thromboxane receptor activity was observed on the level of receptor conformation and downstream signaling. The range of voltage dependence was restricted by R295 in the agonist-binding pocket.

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