G タンパク質共役型受容体 56 (GPR56) の活性化には、GAIN ドメインを介した開裂が必要である

GAIN domain-mediated cleavage is required for activation of G protein-coupled receptor 56 (GPR56) by its natural ligands and a small-molecule agonist.

• Beika Zhu
• Rong Luo
• Peng Jin
• Tao Li
• Hayeon C Oak
• Stefanie Giera
• Kelly R Monk
• Parnian Lak
• Brian K Shoichet
• Xianhua Piao

抄録

接着性 G タンパク質共役型受容体（aGPCR）は、いくつかの発生および生理学的プロセスを制御する異なる GPCR ファミリーを代表しています。ほとんどの aGPCR は、GPCR 自己タンパク質分解誘導ドメインを介したタンパク質切断を受け、それにより暗号化された鎖状アゴニスト（Stachel (stinger) と呼ばれる）が生成され、切断依存性および非依存性の aGPCR シグナル機構が記述されています。これまでに、2つの天然GPR56リガンド、コラーゲンIIIと組織トランスグルタミナーゼ（TG2）、および1つの低分子アゴニスト、3-α-アセトキシジヒドロデオキシジグニン（3-α-DOG）は、ネイティブスタチェル配列の7つのアミノ酸を含む合成ペプチド、P19に加えて、同定されている。しかし、これらの天然および低分子アゴニストがGPR56を介してシグナルを伝達するメカニズムは不明である。ここで我々は、P19ペプチドを介してシグナル伝達能力を保持する非切断性の受容体バリアントを設計した。我々は、天然および低分子アゴニストの両方が切断されたGPR56のみを活性化できることを実証した。興味深いことに、TG2はGPR56を活性化するために受容体の切断とマトリックスタンパク質であるラミニンの存在の両方を必要としたのに対し、コラーゲンIIIと3-α-DOGは補因子なしでシグナルを発した。一方、TG2/ラミニンとコラーゲンIIIは、N末端フラグメントとC末端フラグメントを解離させることで受容体を活性化し、Stachel配列による活性化を可能にしているのに対し、P19と3-α-DOGは、N末端フラグメントとC末端フラグメントを解離させることなく下流へのシグナル伝達を開始する。これらの知見は、GPR56が天然のリガンドを介してどのようにシグナルを伝達するかについての理解を深めるものであり、低分子アゴニストは他のaGPCRファミリーメンバーにも広く応用できる可能性があります。

Adhesion G protein-coupled receptors (aGPCRs) represent a distinct family of GPCRs that regulate several developmental and physiological processes. Most aGPCRs undergo GPCR autoproteolysis-inducing domain-mediated protein cleavage, which produces a cryptic tethered agonist (termed Stachel (stinger)), and cleavage-dependent and -independent aGPCR signaling mechanisms have been described. aGPCR G1 (ADGRG1 or G protein-coupled receptor 56 (GPR56)) has pleiotropic functions in the development of multiple organ systems, which has broad implications for human diseases. To date, two natural GPR56 ligands, collagen III and tissue transglutaminase (TG2), and one small-molecule agonist, 3-α-acetoxydihydrodeoxygedunin (3-α-DOG), have been identified, in addition to a synthetic peptide, P19, that contains seven amino acids of the native Stachel sequence. However, the mechanisms by which these natural and small-molecule agonists signal through GPR56 remain unknown. Here we engineered a noncleavable receptor variant that retains signaling competence via the P19 peptide. We demonstrate that both natural and small-molecule agonists can activate only cleaved GPR56. Interestingly, TG2 required both receptor cleavage and the presence of a matrix protein, laminin, to activate GPR56, whereas collagen III and 3-α-DOG signaled without any cofactors. On the other hand, both TG2/laminin and collagen III activate the receptor by dissociating the N-terminal fragment from its C-terminal fragment, enabling activation by the Stachel sequence, whereas P19 and 3-α-DOG initiate downstream signaling without disengaging the N-terminal fragment from its C-terminal fragment. These findings deepen our understanding of how GPR56 signals via natural ligands, and a small-molecule agonist may be broadly applicable to other aGPCR family members.

© 2019 Zhu et al.