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β遮断薬は、ニューロンにおける空間的に制限されたβARシグナル伝達を標的とすることで、L型Caチャネルの活性を増強する
β-blockers augment L-type Ca channel activity by targeting spatially restricted βAR signaling in neurons.
PMID: 31609201 PMCID: PMC6813027. DOI: 10.7554/eLife.49464.
抄録
Gタンパク質共役型受容体(GPCR)は、哺乳類細胞において多能性細胞内シグナルを伝達する。ここでは、β遮断薬であるカルベジロールとアルプレノロールの神経細胞興奮性を臨床的に適切なナノモル濃度で報告する。カルベジロールとアルプレノロールはβARを活性化し、Gタンパク質受容体キナーゼ(GRK)の作用なしにGタンパク質シグナル伝達とcAMP/PKA活性を促進する。活性化したβARの近傍ではcAMP/PKA活性が制限され、ラット海馬神経細胞ではPKA依存性のリン酸化と内因性L型カルシウムチャネル(LTCC)の刺激が選択的に増強されるが、AMPA受容体は刺激されないことが明らかになった。さらに、我々はカテコラミン結合ポケットを欠いた変異体βARを設計した。この変異体はカルベジロールによって優先的に活性化されるが、オルトステリックアゴニストであるイソプロテレノールによっては活性化されない。カルベジロールはマウス海馬ニューロンにおいて変異型βARを活性化し、cAMP/PKAシグナルを介してLTCC活性を増強した。これらの研究により、β遮断薬に依存したGPCRの活性化が空間的に制限されたcAMP/PKAシグナル伝達を促進し、ニューロンにおけるLTCCなどの膜下流エフェクターを選択的に標的とするメカニズムが明らかになった。
G protein-coupled receptors (GPCRs) transduce pleiotropic intracellular signals in mammalian cells. Here, we report neuronal excitability of β-blockers carvedilol and alprenolol at clinically relevant nanomolar concentrations. Carvedilol and alprenolol activate βAR, which promote G protein signaling and cAMP/PKA activities without action of G protein receptor kinases (GRKs). The cAMP/PKA activities are restricted within the immediate vicinity of activated βAR, leading to selectively enhance PKA-dependent phosphorylation and stimulation of endogenous L-type calcium channel (LTCC) but not AMPA receptor in rat hippocampal neurons. Moreover, we have engineered a mutant βAR that lacks the catecholamine binding pocket. This mutant is preferentially activated by carvedilol but not the orthosteric agonist isoproterenol. Carvedilol activates the mutant βAR in mouse hippocampal neurons augmenting LTCC activity through cAMP/PKA signaling. Together, our study identifies a mechanism by which β-blocker-dependent activation of GPCRs promotes spatially restricted cAMP/PKA signaling to selectively target membrane downstream effectors such as LTCC in neurons.
© 2019, Shen et al.