ウミヤツメのα-胆汁酸フェロモンを特異的に検出する2つの嗅覚受容体()

Two highly related odorant receptors specifically detect α-bile acid pheromones in sea lamprey ().

• Zhe Zhang
• Qinghua Zhang
• Thomas S Dexheimer
• Jianfeng Ren
• Richard R Neubig
• Weiming Li

抄録

このような研究では、ウミヤツメの生息地の特定と繁殖行動の同期化に重要な役割を果たしています()。胆汁酸3-ケトペトロミゾノール硫酸(3kPZS)は、雄ウミヤツメの性フェロモン混合物の主要成分であり、特定の嗅覚反応と行動反応を誘導する。嗅覚受容体はフェロモンと直接相互作用し、フェロモンの検出の第一歩となるが、特定のフェロモンの受容体を同定することはしばしば困難である。本研究では、3kPZSに反応する2つの嗅覚受容体(OR320aとOR320b)のうち、関連性の高い2つの嗅覚受容体をデアファン化した。cAMP応答性CRE-ルシフェラーゼに結合した異種発現系では、OR320aとOR320bはC 5α胆汁酸に特異的に反応し、両方の受容体は3kPZSアナログの同じセットによって活性化された。OR320aはOR320bに比べて、すべての3kPZSアナログに対して大きな応答を示した。この違いは、OR320aの第2膜貫通ドメイン（2.56）の最も保存されている残基と相対するC末端第6残基であるCys-79という1つのアミノ酸残基によって主に決定されているように思われた。TM2残基2.56〜2.60のこの領域は、ウナギ、ゼブラフィッシュ、ヒトの臭気受容体によるステロイド化合物の検出に重要であることが明らかになった。最後に、ニホンウナギ()においてOR320のオルソログを同定したことから、OR320ファミリーがウナギ種に広く存在し、OR320が精製選択下にある可能性が示唆された。これらの結果は、脊椎動物における嗅覚ステロイド検出の起源を明らかにし、G タンパク質共役型受容体（GPCR）によるステロイドリガンド検出の高度に保存された分子機構を定義するシステムを提供するものである。

Pheromones play critical roles in habitat identification and reproductive behavior synchronization in the sea lamprey (). The bile acid 3-keto petromyzonol sulfate (3kPZS) is a major component of the sex pheromone mixture from male sea lamprey that induces specific olfactory and behavioral responses in conspecific individuals. Olfactory receptors interact directly with pheromones, which is the first step in their detection, but identifying the cognate receptors of specific pheromones is often challenging. Here, we deorphanized two highly related odorant receptors (ORs), OR320a and OR320b, of that respond to 3kPZS. In a heterologous expression system coupled to a cAMP-responsive CRE-luciferase, OR320a and OR320b specifically responded to C 5α bile acids, and both receptors were activated by the same set of 3kPZS analogs. OR320a displayed larger responses to all 3kPZS analogs than did OR320b. This difference appeared to be largely determined by a single amino acid residue, Cys-79, the C-terminal sixth residue relative to the most conserved residue in second transmembrane domain (2.56) of OR320a. This region of TM2 residues 2.56-2.60 apparently is critical for the detection of steroid compounds by odorant receptors in lamprey, zebrafish, and humans. Finally, we identified OR320 orthologs in Japanese lamprey (), suggesting that the OR320 family may be widely present in lamprey species and that OR320 may be under purifying selection. Our results provide a system to examine the origin of olfactory steroid detection in vertebrates and to define a highly conserved molecular mechanism for steroid-ligand detection by G protein-coupled receptors (GPCRs).

Published under license by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc.