パーキンソン病に関連する変異であるアデノシンA1受容体（A1R-G279S）のG279S置換の機能的影響

Functional impact of the G279S substitution in the adenosine A1-receptor (A1R-G279S), a mutation associated with Parkinson's disease.

• Shahrooz Nasrollahi-Shirazi
• Daniel Szöllösi
• Qiong Yang
• Edin Muratspahic
• Ali El-Kasaby
• Sonja Sucic
• Thomas Stockner
• Christian Nanoff
• Michael Freissmuth

抄録

直接経路の中規模の棘状線条体ニューロンでは、ドーパミンD受容体とアデノシンA受容体が共発現しており、相互に拮抗している。最近、イランのある家族において、A受容体をコードする遺伝子（AR-G279S）の突然変異が確認された。この突然変異と表現型との関連は不明であった。ここでは、HEK293細胞を用いて異種発現させた後のA受容体活性に対するG279S置換の機能的影響を調べた。AR-G279Sの熱力学的安定性は、野生型A受容体とAR-Y288A（フォールディング欠損型）と比較して、それぞれ約2Kと8K上昇した。一方、AR-G279S(73 {プラスマイナス} 23 kJ/mol)では、野生型AR(135 {プラスマイナス} 4 kJ/mol)やAR-Y288A(184 {プラスマイナス} 24 kJ/mol)に比べて、運動安定性が低下し、構造転移のエネルギー障壁が低くなっていた。AR-G279Swは野生型ARよりもグアニンヌクレオチド交換を促進する効果が高いことがわかった。我々は、D受容体と野生型ARまたはAR-G279Sとの間に形成された同程度の複合体を共免疫沈降および生物発光共鳴エネルギー移動（BRET）によって検出した。しかし、D-受容体とAR-G279Sを共発現させた細胞では、野生型ARを共発現させた細胞よりも低濃度のアゴニストがドーパミン誘導性cAMP蓄積を半最大に抑制するために必要であった。これらの観察結果は、AR-G279Sによるドーパ-ミン作動性シグナル伝達の阻害が、パーキンソン病における病原性の役割と一致していることを示唆している。 パーキンソン病は、馬尾核とプータメンへのドーパミン作動性入力の損失によって引き起こされます。アデノシンA受容体の活性化は、ドーパミンD受容体によって誘発される応答に拮抗する。この活性は、早期発症パーキンソン病患者で確認されたアデノシンA受容体の変異体（AR-G279S）でより顕著であることを示しています。

In medium-size, spiny striatal neurons of the direct pathway, dopamine D- and adenosine A-receptors are co-expressed and are mutually antagonistic. Recently, a mutation in the gene encoding the A-receptor (AR-G279S) was identified in an Iranian family: two affected off-springs suffered from early onset L-DOPA-responsive Parkinson's disease. The link between the mutation and the phenotype is unclear. Here, we explored the functional consequence of the G279S substitution on the activity of the A-receptor after heterologous expression in HEK293 cells. The mutation did not affect surface expression and ligand binding, but changed the susceptibility to heat denaturation: the thermodynamic stability of AR-G279Swas enhanced by about 2 and 8 K when compared to wildtype A-receptorand AR-Y288A (a folding-deficient variant used as a reference), respectively. In contrast, the kinetic stability was reduced indicating a lower energy barrier for conformational transitions in AR-G279S(73 {plus minus} 23 kJ/mol) than in wildtype AR(135 {plus minus} 4 kJ/mol) or in AR-Y288A (184 {plus minus} 24 kJ/mol). Consistent with this lower energy barrier, AR-G279Swas more effective in promoting guanine nucleotide-exchange than wildtype AR. We detected similar levels of complexes formed between D-receptors and wildtype AR or AR-G279Sby co-immunoprecipitation and bioluminescence resonance energy transfer (BRET). However, lower concentrations of agonist were required for half-maximum inhibition of dopamine-induced cAMP accumulation in cells co-expressing D-receptor and AR-G279Sthan in those co-expressing wildtype AR. These observations predict enhanced inhibition of dopa-minergic signaling by AR-G279S consistent with a pathogenic role in Parkinson's disease. Parkinson's diseaseis caused by a loss of dopaminergic input from the to the caudate nucleus and the putamen. Activation of the adenosine A-receptor antagonizes respon-ses elicited by dopamine D-receptors. We show that this activity is more pronounced in a mutant version of the adenosine A-receptor (AR-G279S), which was identified in individuals suffering from early onset Parkinson's disease.

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