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Sep 07, 2023

고아 수용체 GPRC5A에 대한 작용제로서의 미생물총 대사산물

자연화학생물학

Nature Chemical Biology (2023)이 기사 인용

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우리는 포유류 세포에서 인돌 대사산물의 후보 단백질 표적을 식별하기 위해 화학적 단백질체학을 사용했습니다. 우리는 미생물군에서 유래된 합성 방향족 모노아민이 고아 수용체 GPRC5A에 대한 β-어레스틴 모집을 활성화할 수 있음을 발견했습니다. 아미노산 탈탄산효소를 발현하는 특정 미생물군은 GPRC5A에 대한 방향족 모노아민 작용제를 생산하는 것으로 밝혀졌습니다.

인간 미생물군은 숙주의 생리와 질병을 조절하는 다양한 대사산물을 생산합니다. 실제로 다당류, 아미노산, 담즙산 및 합성 약물의 미생물 대사는 숙주 대사, 면역 및 신경학적 행동, 치료제 활성에 지대한 영향을 미칩니다. 특히, 트립토판, 티로신, 페닐알라닌과 같은 식이성 방향족 아미노산은 장내 미생물에 의해 다양한 생물학적 활성 분자로 대사됩니다1. 미생물군 대사산물은 패턴 인식 수용체, 핵 수용체, G단백질 결합 수용체(GPCR) 등 다양한 종류의 세포 단백질과 결합하는 것으로 나타났지만, 미생물군 대사산물의 단백질 표적을 정의하고 정확한 작용 메커니즘을 결정하는 것은 여전히 ​​어려운 일입니다. 도전적인. 화학적 단백질체학은 세포에서 대사산물 상호작용 단백질을 식별하고 그 작용 메커니즘을 특성화하는 강력한 접근 방식을 제공합니다2.

우리는 마이크로몰 수준의 인간 배설물 샘플에서 검출할 수 있는 두 가지 주요 미생물군 대사산물인 인돌-3-아세트산과 트립타민(그림 1)의 광친화성 리포터를 개발했습니다3. 우리는 대사 효소, 소분자 수송체, 면역 센서 및 고아 GPCR을 포함하여 인돌 대사산물과 상호작용하는 많은 후보 단백질을 식별했습니다. 주목할 점은 인돌 대사산물 광친화성 리포터가 염증 및 종양 발생과 관련된 클래스 C 고아 GPCR인 GPRC5A4에 의해 인코딩된 레티노산 유도 단백질 3(RAI3)을 광가교결합할 수 있다는 것을 발견했습니다. 또한, PRESTO-Tango 분석5은 트립타민, 페네틸아민 및 티라민을 포함한 방향족 모노아민이 GPRC5A를 자극하여 β-어레스틴을 모집할 수 있음을 보여주었습니다. 또한 방향족 모노아민 유도체의 구조-활성 관계 연구를 통해 7-플루오로트립타민이 트립타민보다 GPRC5A에 대한 더 강력한 합성 작용제로 확인되었습니다. GPRC5A의 돌연변이 유발은 N252와 F256을 방향족 모노아민에 대한 잠재적인 결합 부위로 작용하는 아미노산 잔기로 식별했습니다.

포유류 세포에서 인돌-3-아세트산과 트립타민 광가교 GPCR의 광친화성 리포터(왼쪽). 특정 미생물군 종과 각각의 방향족 아미노산 탈탄산효소는 β-어레스틴의 GPRC5A 동원을 자극하는 방향족 모노아민을 생성합니다. 7-플루오로트립타민(오른쪽 아래)과 같은 합성 방향족 모노아민 유도체는 트립타민(오른쪽 위)과 같은 미생물 방향족 모노아민보다 더 강력한 GPRC5A 작용제로 기능합니다. © 2023, Zhao, X. 외.

그런 다음 GPRC5A 작용제가 Ruminococcus gnavus(트립토판 탈탄산효소), Morganella morganii(글루타메이트 또는 티로신 탈탄산효소) 및 Enterococcus faecium(티로신 탈탄산효소)을 포함한 특정 미생물 종과 각각의 방향족 아미노산 탈탄산효소에 의해 생산될 수 있는지 여부를 평가했습니다. E. faecium 티로신 탈탄산효소(TyrDC)의 계통발생학적 분석은 이것이 인간 장내 미생물군에 존재하는 Enterococcus 종의 계통에 고도로 보존되어 있음을 보여주었습니다. 야생형 E. faecium과 TyrDC 결실 돌연변이체에 대한 대사체학 분석을 통해 TyrDC가 방향족 아미노산을 모노아민으로 대사하는 데 관여한다는 사실이 밝혀졌습니다. 마지막으로 우리는 CRISPR-Cas9를 사용하여 HT-29 대장암 세포주에서 GPRC5A를 녹아웃시키고 RNA 시퀀싱을 통해 유전자 발현의 변화를 평가했습니다. GPRC5A를 코딩하는 유전자가 녹아웃된 세포의 전사 프로파일링은 이 독특한 GPCR이 면역 및 암 신호 전달에 중요한 역할을 한다는 것을 시사했습니다.