JP2004248506A - Constitutively translocating cell line - Google Patents

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JP2004248506A JP2002274029A JP2002274029A JP2004248506A JP 2004248506 A JP2004248506 A JP 2004248506A JP 2002274029 A JP2002274029 A JP 2002274029A JP 2002274029 A JP2002274029 A JP 2002274029A JP 2004248506 A JP2004248506 A JP 2004248506A
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Robert H Oakley
ロバート エイチ. オークレイ,
Christine C Hudson
クリスティーン シー. ハドソン,
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for identifying compounds altering internalization of a GPCR (G protein-coupled receptor). <P>SOLUTION: An agonist-independent method for screening for compounds altering the desensitization of the GPCR is provided. A GRK (G protein-coupled receptor kinase) desensitizing the GPCR in the absence of an agonist and a cell line modifying the GRK are included. The method for identifying whether or not the GPCR is expressed with a plasmic membrane and the GPCR has an affinity for arrestin is provided. Furthermore, a modified GPCR having an increased affinity for the arrestin is included. The modified GPCR is useful for methods for screening for the compounds altering the desensitization comprising the agonist-independent method and the agonist-dependent method described in the specification. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アゴニストに非依存的な様式でのGPCR脱感作のアッセイ法、このような方法に有用な宿主細胞、GPCR脱感作を変化させる化合物の識別方法、識別された化合物、および疾患治療でのこれらの化合物の使用に関する。
【0002】
【従来の技術】
Gタンパク質共役型受容体(GPCR)は、ホルモンまたはリガンド結合を細胞内シグナルに翻訳する細胞表面タンパク質である。GPCRは、全ての動物、昆虫、および植物に見出される。GPCRシグナル伝達は、光情報伝達、嗅覚、神経伝達、血管の調子、心拍出量、消化、痛み、流動体と電解質とのバランスを含む種々の生理学的機能の調節において中心的役割を果たす。これらは多数の生理学的機能に関連するにもかかわらず、GPCRは、多数の共通の特徴を共有する。これらは、細胞内および細胞外ループならびに種々の長さの細胞内カルボキシル末端テールが交互に並ぶことによって架橋している7つの膜ドメインを含む。
【0003】
GPCRは、多数の疾患状態(狭心症、本態性高血圧症、心筋梗塞、上室性および心室性不整脈、うっ血性心不全、アテローム性動脈硬化症、腎不全、糖尿病、呼吸器適応症(喘息など)、慢性気管支炎、気管支痙攣、気腫、気道閉塞症、上気道適応症(鼻炎など)、季節性アレルギー、炎症疾患、損傷反応における炎症、慢性関節リウマチ、慢性炎症性腸疾患、緑内障、抗ガストリン血症、胃腸適応症(酸/消化性疾患など)、びらん性食道炎、消化管過分泌、肥満細胞症、胃腸逆流、消化性潰瘍、ゾリンジャー−エリソン症候群、痛み、肥満、神経性大食症、うつ病、脅迫性障害、器官奇形(例えば、心臓奇形)、神経変性疾患(パーキンソン病およびアルツハイマー病など)、多発性硬化症、エプスタイン−バー感染、および癌などが含まれるが、これらに限定されない)に関連している。
【0004】
GPCRで調節される生理学的反応の規模は、GPCRシグナル伝達とシグナル終結との間のバランスに関連する。GPCRのシグナル伝達は、アレスチンと呼ばれる細胞内タンパク質ファミリーによって調節される。アレスチンは、活性化されたGPCR(アゴニスト活性化されているものおよび特にGタンパク質共役型受容体キナーゼ(GRK)によってリン酸化されたものを含む)に結合する。
【0005】
GPCRを含む受容体は、リガンド、ホルモン、および薬物と高い特異性で結合するので、歴史的に薬物発見および治療薬の標的とされてきた。今日使用されている治療薬の約15%が、直接GPCRで標的化されるか相互作用する。例えば、Jurgen Drews、2000、「Drug Discoverry:A Histrical perspective」、Science、287、1960〜1964を参照のこと。
【0006】
Gタンパク質共役型受容体活性の正確且つ解釈の容易な方法およびGPCR活性のアッセイ法が必要である。Barakらに付与された米国特許第5,891,646号および同第6,110,693号(引用することにより本明細書の一部をなすものとする)に開示されている1つの方法は、GPCRを発現する細胞と、アレスチンと検出可能な分子との接合体を使用する。
【0007】
たった数百のヒトGPCRしか公知でないにもかかわらず、数千のGPCRがヒトゲノム中に存在すると見積もられている。これらの公知のGPCRのうち、多数は今もなおリガンドと関連付けられていないオーファン受容体である。
【0008】
既存のGPCRアンタゴニストの識別方法のほとんどは、アゴニストの存在に依存する。GPCRの作用を防止する化合物の識別アッセイは、典型的には、妨害化合物を同定するためにGPCRを最初に活性化することが必要である。公知のアゴニストを有するレセプターについては、現在、これらのアゴニストはこれらの受容体の活性化に使用されている。しかし、多数のGPCRは公知のリガンドまたはアゴニストを持たないオーファン受容体である。
【0009】
オーファン受容体のアンタゴニスト発見は、典型的にはアゴニストまたはリガンドの事前の発見に依存しているので、GPCRアッセイのアゴニスト依存性は問題でありつづけている。GPCR脱感作を変化させる化合物のアゴニストに非依存的なスクリーニング法は、(1)スクリーニング法におけるアゴニスト添加工程を無くし、(2)オーファン受容体の脱感作を変化させる化合物の同定が可能となる。アゴニストに非依存的な方法は、オーファン受容体の脱感作を変化させる化合物のスクリーニング前のオーファン受容体のアゴニストの同定工程をなくす。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、GPCR内在化を変化させる化合物の識別方法に関する。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の態様は、GPCRの内在化を変化させる化合物の識別方法であって、(a)GPCR、アレスチン、および改変GRKを含む細胞であって、前記GPCRが前記GRKの発現の際にアゴニストに非依存的な様式で少なくとも一部が内在化することを特徴とする細胞を得る工程と、(b)前記細胞を前記化合物に曝露する工程と、(c)前記GPCR、アレスチン、または改変GRKの細胞分布を決定する工程と、(d)(1)前記化合物の存在下での細胞中の前記GPCR、アレスチン、または改変GRKの細胞分布と(2)前記化合物の非存在下での細胞中の前記GPCR、アレスチン、または改変GRKの細胞分布との相違をモニターする工程とを含む方法である。上記方法ではアゴニストを得ることはできない。この方法では、工程(d)の(1)と(2)との相違は、GPCR内在化の調整を示し得る。
【0012】
GRKは、過剰発現することができ、その発現は誘導可能であり、CAAXモチーフを含み得る。GRKは、GRK1、GRK2、GRK3、GRK4、GRK5、GRK6、またはその生物学的に活性なフラグメントであり得る。
【0013】
GPCRは、GRKによってリン酸化が増強されるように改変することができる。GPCRは、βAR(Y326A)、図1に列挙したGPCR、オーファンGPCR、改変GPCR、味覚受容体、クラスA GPCR、クラスB GPCR、変異GPCR、またはその生物学的に活性なフラグメントであり得る。
【0014】
アレスチンは、視覚アレスチン、網膜錐体アレスチン、βアレスチン1、βアレスチン2、またはその生物学的に活性なフラグメントであり得る。
【0015】
GPCR、GRK、およびアレスチンを検出可能に標識されうる。脱感作に関連する分子は検出可能に標識することができるか、脱感作に関連する分子と相互作用する分子は検出可能に標識することができる。
【0016】
さらなる態様では、本発明は、GPCRのリン酸化を変化させる化合物の識別方法であって、(a)GPCRおよびGRKを含む細胞を得る工程と、(b)前記細胞を前記化合物に曝露する工程と、(c)前記化合物の存在下でGPCRのGRKリン酸化が変化するかどうかを同定する工程とを含む方法に関する。
【0017】
GPCRまたはGRKの細胞分布を決定することができる。(1)化合物の存在下での細胞中のGPCRまたはGRKの細胞分布と(2)化合物の非存在下での細胞中の前記GPCRまたはGRKの細胞分布との相違をモニターすることができる。(1)と(2)との相違を、GPCRのリン酸化と相関させることができる。
【0018】
GRKが原形質膜中に存在せず、これは、GPCRのGRKリン酸化が変化したことを示し得る。GPCRのリン酸化状態を同定することができる。GRKの活性を同定することができる。GPCRの内在化能力を識別することができる。
【0019】
さらなる態様では、本発明は、GPCRが原形質膜で発現するかどうかを識別する方法であって、(a)GPCR、アレスチン、およびGRKを含む細胞であって、前記アレスチンが検出可能に標識されていることを特徴とする細胞を得る工程と、(b)前記アレスチンの細胞分布を決定する工程と、(c)前記アレスチンの細胞分布をGPCRの原形質膜で発現する能力に相関させる工程とを含む方法に関する。アレスチンは、小胞、ピット、エンドソーム、または脱感作経路中のいたる場所に局在し得る。
【0020】
さらに、本発明は、GPCRが原形質膜で発現するかどうかを識別する方法であって、(a)GPCR、GRK、およびGRKを含む細胞であって、前記GRKが検出可能に標識されていることを特徴とする細胞を得る工程と、(b)前記GRKの細胞分布を決定する工程と、(c)前記GRKの細胞分布をGPCRの原形質膜で発現する能力に相関させる工程とを含むさらなる方法に関する。GRKは、原形質膜に局在し得る。
【0021】
さらなる態様では、本発明は、GPCRのアレスチン結合能力を分析する方法であって、(a)GPCR、アレスチン、およびGRKを含む細胞であって、前記アレスチンが検出可能に標識されていることを特徴とする細胞を得る工程と、(b)前記アレスチンの細胞分布を決定する工程と、(c)前記アレスチンの細胞分布をGPCRのアレスチン結合能力に相関させる工程とを含む方法に関する。アレスチンまたはGPCRは、小胞、ピット、またはエンドソームに局在し得る。
【0022】
さらなる態様では、本発明は、本発明の方法によって同定された化合物に関する。
【0023】
さらなる態様では、本発明は、宿主細胞中のGPCRの脱感作の調節によって疾患を治療する方法であって、(a)本発明の方法で同定された化合物を得る工程と、(b)前記化合物を宿主に投与する工程とを含む方法に関する。
【0024】
本発明の別の態様は、GPCRおよび改変GRKを含む宿主細胞に関する。GRKは誘導性を示すか過剰発現し得る。宿主細胞はアレスチンをさらに含み、前記アレスチンを検出可能に標識することができる。GPCR、GRK、脱感作に関連する別の分子、または脱感作に関連する分子と相互作用する分子を検出可能に標識することができる。
【0025】
本発明のさらなる態様は、GPCRが構成的に内在化するGRKをコードする核酸を改変する方法であって、(a)GRKをコードする核酸を得る工程と、(b)前記GRKをコードする核酸を、前記コードされたGRKがCAAXモチーフを含むように改変する工程であって、前記改変GRKがアゴニストの存在下でGPCRをリン酸化し、(c)細胞中で改変GRKを発現する工程とを含む方法に関する。GRKをコードする核酸は、配列番号2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、または34を含み得る。
【0026】
本発明はまた、GPCRおよび改変GRKを含む宿主細胞を含む、GPCRの内在化を調整する化合物を識別するためのキットに関する。
【0027】
さらなる態様では、本発明は、NPXXYモチーフおよびカルボキシル末端テールを含み、前記カルボキシル末端テールが推定パルミトイル化部位および1つまたは複数のリン酸化クラスターを含み、前記カルボキシル末端テールが、第2のGPCR由来のカルボキシル末端の一部に融合した第1のGPCR部分のカルボキシル末端領域の保持部分を含み、前記第2のGPCRが、1つまたは複数のリン酸化クラスターを含み、第2のNPXXYモチーフの約10〜25アミノ酸残基下流に第2の推定パルミトイル化部位をさらに含む改変GPCRに関する。第1のGPCRがクラスA受容体であり得る。第1のGPCRは、hGPR3、hGPR6、hGPR12、hSREB2、hSREB3、hGPR8、またはhGPR22であり得る。第2のGPCRはクラスB受容体であり得る。クラスB受容体は、バソプレシンV2受容体、ニューロテンシン1受容体、基質P受容体(a substance P receptor)、およびオキシトシン受容体からなる群から選択することができる。
【0028】
本発明は、改変GPCRをコードする核酸に関する。本発明は、配列番号36、38、40、42、44、46、48、50、52、54,56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82、84、86、88、および90からなる群から選択される核酸を含む。本発明はまた、核酸を含む発現ベクターを含む。ベクターまたは核酸を含む宿主細胞も含まれる。
【0029】
さらなる態様では、本発明は、GPCR活性について化合物をスクリーニングする方法であって、(a)少なくとも1つの改変GPCRを発現する細胞を得る工程であって、前記細胞は検出可能な分子と接合した(conjugate to)アレスチンをさらに含み、(b)前記化合物に前記細胞を曝露する工程と、(c)前記細胞内のアレスチンの位置を検出する工程と、(d)前記化合物の存在下での細胞内のアレスチンの位置と前記化合物の非存在下での細胞内のアレスチンの位置とを比較する工程と、(e)(1)前記化合物の存在下での細胞内のアレスチンの位置と(2)前記化合物の非存在下での細胞内のアレスチンの位置との相違を相関させる工程とを含む方法に関する。アレスチンを、エンドソーム、エンドサイトーシス小胞(endocytic vesicle)、またはピット中で検出することができる。
【0030】
本発明のさらなる態様は、少なくとも1つの改変GPCRを発現する細胞を含み、前記細胞が検出可能な分子と接合(conjugated to)した脱感作に関連する分子をさらに含む、GPCRの活性を調整する分子を同定するためのキットである。
【0031】
【発明の実施の形態】
本発明の目的および利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を読むことによって理解される。
【0032】
本発明によれば、当業者の範囲内の従来の分子生物学、微生物学、免疫学、および組換えDNA技術を使用することができる。このような技術は、文献で完全に説明されている。例えば、Sambrookら、「分子クローニング:実験マニュアル」、第3版、2001;「現代の分子生物学プロトコール」、第I巻〜第IV巻、Ausubel,R.M.編、2002(隔月毎に改訂);「細胞生物学:実験ハンドブック」、第I巻〜第III巻、J.E.Cellis編、1994;「現代の免疫学プロトコール」、第I巻〜第IV巻、Coligan,J.E.編、2002(隔月毎に改訂);「オリゴヌクレオチド合成」、M.J.Gait編、1984;「核酸ハイブリッド形成」、B.D.Hames &S.J.Higgins編、1985;「転写と翻訳」、B.D.Hames& S.J.Higgins編、1984;「動物細胞培養、第4版」、R.I.Freshney編、2000;「固定細胞と酵素」、IRL Press、1986;B.Perbal、「分子クローニング実践ガイド」、1988;「抗体の使用:実験マニュアル:ポータブルプロトコール」、第1巻、Harlow Ed and Lane,David、Cold Spring Harbor Press、1998;「抗体の使用:実験マニュアル」、Harlow Ed and Lane,David、Cold Spring Harbor Press、1999;「Gタンパク質共役型受容体」、T.Hagaら編、1999を参照のこと。
【0033】
特記しない限り、明細書および特許請求の範囲で使用した以下の用語は、以下の意味を有する。
【0034】
「レプリコン」は、インビボでDNA複製の自立性単位として機能する(すなわち、それ自体の調節下で複製することができる)任意の遺伝子エレメント(例えば、プラスミド、染色体、ウイルス)である。
【0035】
「ベクター」は、別のDNAセグメントを連結して連結セグメントが複製することができるプラスミド、ファージ、コスミドなどのレプリコンである。
【0036】
「DNA分子」は、一本鎖形態または二本鎖らせんのいずれかの重合体のデオキシリボヌクレオチド(アデニン、グアニン、チミン、またはシトシン)をいう。この用語は、分子の一次構造および二次構造のみをいい、いかなる特定の三次構造にも制限されない。したがって、この用語には、特に線状DNA(例えば、制限フラグメント)、ウイルス、プラスミド、および染色体で見出される二本鎖DNAが含まれる。特定の二本鎖DNA分子の考察では、DNAの非転写鎖(すなわち、mRNAに相同な配列を有する鎖)に沿った5’→3’方向の配列のみを示す通常の慣習に従って、本明細書中に配列を記載することができる。
【0037】
「複製起点」は、DNA合成の開始に関連するDNA配列をいう。
【0038】
DNAの「コード配列」は、適切な調節配列の調節下に置かれた場合に転写されてインビボでポリペプチドに翻訳される二本鎖DNA配列である。コード配列の境界は、5’(アミノ)末端の開始コドンおよび3’(カルボキシ)末端の翻訳終結コドンによって決定される。コード配列は、原核生物配列、真核生物mRNA由来のcDNA、真核生物(例えば、哺乳動物)DNA由来のゲノムDNA配列、および合成DNA配列さえも含み得るが、これらに限定されない。ポリアデニル化シグナルおよび転写終結配列は、通常、コード配列の3’に存在する。
【0039】
転写および翻訳調節配列は、宿主細胞中のコード配列を発現するプロモーター、エンハンサー、ポリアデニル化シグナル、ターミネーターなどのDNA調節配列である。
【0040】
宿主細胞中のコード配列の発現は、誘導性を示し得る。「誘導性」は、発現を調節することができることを意味する。例えば、核酸は細胞中に存在し得るが、必要なシグナルが得られるまで発現しない。典型的には、タンパク質の誘導性発現を、タンパク質の誘導性転写へ必要なシグナルを必要とされるプロモーターによって調節される。しかし、細胞中の目的のDNA配列数を増加させるプロセスまたは配列によって発現を誘導することもできる。このようなプロセスまたは配列には、複製起点および細胞へのDNAの物理的付加が含まれる。
【0041】
「プロモーター配列」は、細胞中でRNAポリメラーゼに結合して下流(3’方向)のコード配列の転写を開始することができるDNA調節領域である。本発明を定義する目的で、プロモーター配列は、転写開始部位によって3’末端に結合し、バックグラウンドを越える検出レベルでの転写開始に必要な最小数の塩基またはエレメントを誘導するように上流(5’方向)に伸長する。プロモーター配列には、転写開始部位(ヌクレアーゼS1でのマッピングによって都合よく定義される)およびRNAポリメラーゼ結合を担うタンパク質結合ドメイン(コンセンサス配列)が認められる。真核生物プロモーターは、しばしば「TATA」ボックスおよび「CAT」ボックスを含むが、常に含むわけではない。原核生物プロモーターは、−10および−35コンセンサス配列に加えて、シャイン・ダルカルノ配列を含む。
【0042】
「発現調節配列」は、別のDNA配列の転写および翻訳を制御および調節するDNA配列である。コード配列は、RNAポリメラーゼがコード配列をmRNAに転写し、その後コード配列によってコードされるタンパク質に翻訳される場合、転写および翻訳調節配列の「調節下」にある。
【0043】
コード配列の前に「シグナル配列」を含むことができる。この配列は、宿主細胞にポリペプチドを細胞表面に導くか培地中にポリペプチドを分泌するように伝達するシグナルペプチド(ポリペプチドのN末端)をコードし、このシグナルペプチドは細胞からタンパク質が放出される前に宿主細胞によって切り取られる。原核生物および真核生物本来の種々のタンパク質に関連するシグナル配列を見出すことができる。
【0044】
本明細書中で使用される、用語「オリゴヌクレオチド」は、本発明のプローブをいい、2つまたはそれ以上、好ましくは3つを超えるリボヌクレオチドを含む分子と定義する。その正確なサイズは多数の因子に依存し、言い換えれば、オリゴヌクレオチドの最終的機能および使用に依存する。
【0045】
本明細書中で使用される、用語「プライマー」は、精製制限消化物として天然に存在するか合成され、核酸鎖に相補的なプライマー伸長産物の合成が誘導される条件下(すなわち、ヌクレオチドおよびDNAポリメラーゼなどの誘導因子の存在下ならびに適切な温度およびpH)に置かれた場合に合成開始点として作用することができるオリゴヌクレオチドをいう。プライマーは、一本鎖または二本鎖のいずれであってもよく、誘導因子の存在下で所望の伸長産物の合成を開始するのに十分に長くなければならない。プライマーの正確な長さは温度、プライマーの供給源、および方法の用途を含む多数の因子に依存する。例えば、標的配列の複雑さに依存する診断用には、オリゴヌクレオチドプライマーは、典型的には15〜25またはそれ以上のヌクレオチドを含むが、より少数のヌクレオチドを含むことができる。
【0046】
本明細書中のプライマーを、特定の標的DNA配列の異なる鎖に「実質的に」相補的になるように選択する。これは、プライマーはその各鎖とのハイブリッド形成に十分に相補的でなければならないことを意味する。したがって、プライマー配列は、テンプレート配列を正確に反映する必要はない。例えば、非相補性ヌクレオチドフラグメントを、プライマーの5’末端に結合し、プライマーの残りの配列を鎖に相補的にすることができる。あるいは、プライマー配列がハイブリッド形成する鎖の配列と十分な相補性を有するので伸長産物の合成用のテンプレートが形成される場合、非相補性塩基またはより長い配列をプライマーに散在させることができる。
【0047】
本明細書中で使用される、用語「制限エンドヌクレアーゼ」および「制限酵素」は細菌酵素をいい、それぞれ特異的ヌクレオチド配列またはその近傍で二本鎖DNAを切断する。
【0048】
このようなDNAが細胞内に移入される場合、細胞は外因性または内因性DNAによって「形質転換」されている。形質転換DNAは、細胞のゲノムを作製する染色体DNAに組み込まれていても(共有結合)いなくても良い。原核生物、酵母、および哺乳動物細胞では、例えば、形質転換DNAを、プラスミドなどのエピソームエレメントで維持することができる。真核細胞に関して、安定に形質転換された細胞とは、形質転換DNAが染色体の複製を介して娘細胞に受け継がれるように染色体に組み込まれた細胞である。この安定性は、真核細胞の形質転換DNAを含む娘細胞集団から構成される細胞株またはクローンを確立する能力によって証明される。「クローン」は、1つの細胞または有糸分裂による共通の先祖由来の細胞集団である。「細胞株」は、インビトロで何世代も安定に増殖することができる初代細胞のクローンである。
【0049】
少なくとも約65%(好ましくは少なくとも約80%、最も好ましくは少なくとも約90%または95%)のヌクレオチドが規定の長さのDNA配列に適合する場合、2つのDNA配列は「実質的に相同」である。実質的に相同的な配列を、配列データバンクで利用可能な標準的ソフトウェアを使用した配列比較または例えば特定の系で定義されたストリンジェントな条件下でのサザンハイブリッド形成実験によって同定することができる。適切なハイブリッド形成条件の定義は、当業者の範囲内である。例えば、Maniatisら、前出、「DNAクローニング」、第I巻および第II巻、前出、「核酸ハイブリッド形成」、前出を参照のこと。
【0050】
配列番号1、3、5、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25、27、29、31,33、35、37、39、41、43、45、47、49、51、53、55、57、59、61、63、65、67、69、71、73、75、77、79、81、83、85、87、および89と同一のアミノ酸配列をコードするDNA配列だけでなく、配列番号2、4、6、8、10、12、14、16,18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、52、54、56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82、84、86、88、および90に縮重する配列もまた本発明の範囲内であると認識すべきである。「〜に縮重する」は、異なる三文字コドンを使用して特定のアミノ酸を特定することを意味する。
【0051】
「アレスチン」は、全ての型の天然に存在するアレスチンか、または遺伝子操作により作出されたアレスチン変異体を意味し、視覚アレスチン(アレスチン1と呼ばれる場合もある)、網膜錐体アレスチン(アレスチン4と呼ばれる場合もある)、βアレスチン1(アレスチン2と呼ばれる場合もある)、およびβアレスチン2(アレスチン3と呼ばれる場合もある)が含まれるが、これらに限定されない。
【0052】
「βARK1」は、βアドレナリン作動性受容体キナーゼ1をいうGRK(GRK2とも呼ばれる)である。
【0053】
「βAR」は、βアドレナリン作動性受容体をいうGPCRである。
【0054】
GPCRの「内在化」は、細胞表面膜から細胞外に残存する物質がアクセスし難い細胞内小胞膜へのトランスロケーションである。
【0055】
「カルボキシ末端テール」は、膜スパン7の後のGPCRのカルボキシ末端テールを意味する。多数のGPCRのカルボキシ末端テールは、7回膜貫通ドメインの末端を記す保存されたNPXXYモチーフの直後から始まる(すなわち、NPXXYモチーフに続く配列がGPCRのカルボキシ末端テールである)。カルボキシ末端テールは、比較的長くても(約数千のアミノ酸)、比較的短くても(約数十のアミノ酸)、事実上に存在しなくても(約10アミノ酸未満)よい。本明細書中で使用される、「カルボキシル末端テール」は、3つ全ての変異型(比較的長いか、比較的短いか、実質的に現存しない)を意味し、パルミトイル化システイン残基を含んでいてもよく、含んでいなくても良い。
【0056】
「クラスA受容体」は、HEK−293細胞においてアレスチンタンパク質と共にアレスチン−GFPに関連する細胞内小胞またはエンドソームにトランスロケーションされないことが好ましい。
【0057】
「クラスB受容体」は、HEK−293細胞においてアレスチンタンパク質と共にアレスチン−GFPに関連する細胞内小胞またはエンドソームにトランスロケーションすることが好ましい。
【0058】
「DAC」は、任意の脱感作活性化合物を意味する。脱感作活性化合物は、プロセスの刺激または阻害によってGPCR脱感作機構に影響を与える任意の化合物である。DACは、プロセスの任意の細胞成分およびプロセスに関連する任意の細胞構造(アレスチン、GRK,GPCR、ホスホイノシチド3−キナーゼ、AP−2タンパク質、クラスリン、プロテインホスファターゼなどが含まれるが、これらに限定されない)への作用によってGPCR脱感作経路に影響を与え得る。DACは、アレスチンのGPCRへのトランスロケーションを阻害する化合物、アレスチンのGPCRへの結合を阻害する化合物、アレスチンのGPCRへのトランスロケーションを刺激する化合物、アレスチンのGPCRへの結合を刺激する化合物、GPCRのGRKリン酸化を阻害する化合物、GPCRのGRKリン酸化を刺激する化合物、GRKのGPCRへの結合を刺激または阻害する化合物、GPCRのプロテインホスファターゼ脱感作を阻害する化合物、GPCRのプロテインホスファターゼ脱感作を刺激GPCR内在化または細胞表面への再循環を防止する化合物、GPCRからのアレスチンの放出、GPCRのアンタゴニスト、逆アゴニストなどの放出を調節する化合物を含み得るが、これらに限定されない。DACは、GPCR脱感作プロセスを阻害または刺激することができ、GPCRの一過性アゴニストおよびアンタゴニストと同一のGPCRリガンド結合部位に結合しなくてもよい。DACは、GPCRと独立して作用することができる(すなわち、DACは1つの特定のGPCRまたはGPCRの1つの特定の型に高い親和性を示さない)。DACは、アゴニストまたはアンタゴニストと同一の部位に結合することができるが、受容体を脱感作しない(おそらく、受容体を全くリン酸化しないかアレスチンまたは任意の他のタンパク質に結合しないことによる)。DACは、受容体のアロステリック部位に結合して脱感作を阻害または増強することができる。
【0059】
「検出可能な分子」は、分光光学、光化学、生化学、免疫化学、電気的、放射性、および光学的手段(蛍光、リン光、および生体発光、放射性崩壊が含まれるが、これらに限定されない)で検出することができる任意の分子を意味する。検出可能な分子には、GFP、ルシフェラーゼ、β−ガラクトシダーゼ、ローダミン結合抗体などが含まれるが、これらに限定されない。検出可能な分子には、放射性同位元素、エピトープタグ、親和性標識、酵素、蛍光発光団、化学発光団などが含まれる。検出可能な分子には、他の分子との相互作用の関数として間接的に、または直接に検出される分子が含まれる。
【0060】
「GFP」は、緑色蛍光タンパク質を意味し、天然の供給源から単離するか遺伝子操作することができるGFPの種々の天然に存在する形態ならびに人為的に改変されたGFPをいう。GFPは当該分野で周知である。例えば、米国特許第5,625,048号、同第5,777,079号、および同第6,066,476号を参照のこと。GFPが天然の供給源から単離されるか遺伝子操作された他の蛍光タンパク質(黄色蛍光タンパク質(YFP)、赤色蛍光タンパク質(RFP)、シアン蛍光タンパク質(CFP)、青色蛍光タンパク質、ルシフェリン、UV励起性蛍光タンパク質、または両者の間の波長のタンパク質が含まれるが、これらに限定されない)と容易に交換可能であることが当該分野で十分に理解されている。本明細書中で使用される、「GFP」は、当該分野で既知の全ての蛍光タンパク質を意味する。
【0061】
「未知のまたはオーファン受容体」は、そのリガンドが未知のGPCRを意味する。
【0062】
「下流(Downstream)」は、アミノ末端に関して、アミノ酸配列のカルボキシル末端側を意味する。
【0063】
「上流(Upstream)」は、カルボキシル末端に関して、アミノ酸配列のアミノ末端側を意味する。
【0064】
特に好ましい性質を有するアミノ酸に置換するためのアミノ酸置換を導入することができる。例えば、Cysを、別のCysとジスルフィド結合を形成する潜在的部位に導入することができる。Hisを、特定の「触媒」残基として導入することができる(すなわち、Hisは酸または塩基として作用することができ、生体触媒において最も一般的なアミノ酸である)。タンパク質構造中にβターンを含む特定の平面構造のために、Proを導入することができる。
【0065】
少なくとも約70%(好ましくは少なくとも約80%、最も好ましくは少なくとも約90%または95%)のアミノ酸残基が同一であるか、保存的置換を示す場合、2つのアミノ酸配列は「実質的に相同」である。
【0066】
DNA構築物の「異種」領域は、本来より大きな分子との会合で見出されないより大きなDNA分子内の同定可能なDNAセグメントである。したがって、異種領域が哺乳動物遺伝子をコードする場合、遺伝子は、通常、元の生物のゲノム中の哺乳動物ゲノムDNAに隣接しないDNAに隣接する。異種コード配列の別の例は、コード配列自体が本来見出されない構築物である(例えば、ゲノムコード配列がイントロンを含むcDNAまたは天然の遺伝子と異なるコドンを有する合成配列)。対立遺伝子変異または天然に存在する変異事象によって、本明細書中に定義のDNAの異種領域は得られない。
【0067】
用語「薬学的に許容可能な」は、生理学的に耐性を示すか典型的にはヒトに投与した場合にアレルギー反応または類似の不適切な反応(胃の不調など)を起こさない分子構成要素および組成物をいう。
【0068】
本明細書中で使用される、用語「治療有効量」は、いくつかの病理学的特徴(例えば、血圧の上昇、呼吸排出量など)を予防し、好ましくは緩和するのに十分な量を意味する。
【0069】
発現調節配列がDNA配列の転写および翻訳を調節および制御する場合、DNA配列は発現調節配列に「作動可能に連結」している。用語「作動可能に連結された」には、発現すべきDNA配列の前に適切な開始シグナル(例えば、ATG)を有することならびに発現調節配列の調節下でDNA配列を発現させてDNA配列によってコードされた所望の産物を産生する正確なリーディングフレームを維持することが含まれる。組換えDNA分子への挿入を所望する遺伝子が適切な開始シグナルを含まない場合、このような開始シグナルを、この遺伝子の前に挿入することができる。
【0070】
「ハイブリッド形成」は、相補性ヌクレオシドまたはヌクレオチド塩基の間のワトソン−クリック、フーグスティーン(Hoogsteen)または逆フーグスティーン水素結合であり得る水素結合を意味する。例えば、アデニン(A)およびチミン(T)は、水素結合を介して対合する相補性ヌクレオチド塩基である。
【0071】
用語「標準ハイブリッド形成条件」は、ハイブリッド形成および洗浄の両方について実質的に5×SSCおよび65℃に等しい塩および温度条件をいう。しかし、当業者は、このような「標準ハイブリッド形成条件」は、緩衝液中のナトリウムおよびマグネシウムの濃度、ヌクレオチド配列の長さおよび濃度、ミスマッチ率、ホルムアミドの割合などを含む特定の条件に依存することを認識する。ハイブリッド形成する2つの配列がRNA−RNA、DNA−DNA、またはRNA−DNAであるかどうかもまた「標準ハイブリッド形成条件」の決定に重要である。当業者は、このような標準ハイブリッド形成条件を、予想または決定されたTmより典型的には10〜20℃低い温度で、所望ならばより高ストリンジェンシーの洗浄を使用してハイブリッド形成させる周知の形式にしたがって容易に決定する。
【0072】
「動物」は、脊椎動物(例えば、カエル、サンショウウオ、ニワトリ、またはウマ)および無脊椎動物(例えば、蠕虫など)を含む動物界の任意の構成要素を意味する。「動物」はまた、「哺乳動物」を含むことを意味する。好ましい哺乳動物には、家畜(例えば、ウシ、バッファロー、ウマ、ヒツジ、ブタ、およびヤギなどの有蹄類)、げっ歯類(例えば、マウス、ハムスター、ラット、およびモルモット)、イヌ、ネコ、霊長類、オオカミ、ラクダ、シカ、げっ歯類、鳥類、魚類が含まれる。
【0073】
「アンタゴニスト」には、アゴニストへの野生型および/または改変GPCR結合、野生型および/または改変GPCR脱感作、野生型および/または改変GPCR結合アレスチン、野生型および/または改変GPCRエンドソーム局在化、内在化などを阻害する全ての因子が含まれ、これには、野生型および/または改変GPCRに影響を与える因子ならびに野生型および/または改変GPCRシグナル伝達、脱感作、エンドソーム局在化、再感作などに関連する他のタンパク質に影響を与える因子が含まれる。
【0074】
「改変GPCR」は、そのカルボキシル末端テールのアミノ酸配列中に1つまたは複数の改変を有するGPCRを意味する。したがって、カルボキシ末端テールの全体または一部を改変することができる。アミノ酸配列におけるこれらの改変には、1つまたは複数のアミノ酸の変異、1つまたは複数のアミノ酸の挿入、1つまたは複数のアミノ酸の欠失、および1つまたは複数のアミノ酸が欠失され且つ欠失アミノ酸の代わりに1つまたは複数のアミノ酸が付加される1つまたは複数のアミノ酸の置換が含まれる。このような改変GPCRは、本明細書中および米国特許出願番号09/993,844(引用することにより本明細書の一部をなすものとする)に記載されている。
【0075】
「GPCR」はGタンパク質共役型受容体を意味し、これには天然に存在するGPCRおよび改変されたGPCRが含まれる。
【0076】
「推定パルミトイル化部位」は、予想されるパルミチン酸付加部位(好ましくはシステイン残基)を意味する。本発明の使用されるGPCRでは、推定パルミトイル化部位は、NPXXYモチーフから好ましくは10〜25アミノ酸残基、好ましくは15〜20アミノ酸残基下流に存在する。
【0077】
「リン酸化部位のクラスター」は、有効なリン酸化によりリン酸化部位として容易に機能することができるアミノ酸残基のクラスターを意味する。アミノ酸クラスターは、GPCRのカルボキシル末端テール中で2つのうち2つ、3つのうち2つ、3つのうち3つ、4つのうち3つ、4つのうち4つ、5つのうち4つ、5つのうち5つなどの連続アミノ酸位置を占める。これらのリン酸化部位のクラスターは、好ましくは、セリン(S)および/またはトレオニン(T)残基のクラスターである。得られる改変GPCRがエンドソーム中でのアレスチンを利用に十分な親和性でアレスチンに結合するように、リン酸化部位のクラスターをGPCR配列に置換、挿入、または付加することができる。
【0078】
「NPXXYモチーフ」は、7回膜貫通ドメインの末端を記す保存アミノ酸モチーフを意味する。保存アミノ酸モチーフは、最も頻繁には、アスパラギンおよびプロリンから始まり、その後2つの不特定のアミノ酸をはさみ、チロシンへと続く。2つの不特定のアミノ酸は、GPCR間で非常に変化し得るが、NPXXYモチーフ全体は保存されている。
【0079】
「異常なGPCR脱感作」および「異常な脱感作」は、活性受容体と脱感作受容体との間のバランスが野生型条件で変化するようにGPCR脱感作経路が破壊されていることを意味する。通常よりも活性の高い受容体が存在するか、野生型条件よりも脱感作された受容体が存在する。異常なGPCR脱感作は、構成性に活性であるか構成性に脱感作されて、この受容体のシグナル伝達が通常のものより増大するかこの受容体のシグナル伝達が通常のものより減少するGPCRの結果であり得る。
【0080】
「生体サンプル」は、被験体から単離した組織、細胞、および生体流動体ならびに被験体内に存在する組織、細胞、および生体流動体を含むことを意図し、前記サンプルは、血液、血清、尿サンプル、糞便サンプル、腫瘍サンプル、細胞洗浄物、口腔サンプル、唾液、生体流動体、組織抽出物、新たに採取した細胞、または組織培養でインキュベートした細胞であり得る。
【0081】
「即時投与」、「組み合わせ投与」、「同時投与」、または「同時に投与する」は、化合物を、同時または本質的に2つまたはそれ以上の化合物があたかも同時に投与されたかのような結果が得られるほど十分に短い時間で投与することを意味する。
【0082】
「保存的な異常」は、GPCR経路の異常(異常なCPGRシグナル伝達によって引き起こされ得るGPCR、GRK、アレスチン、AP−2タンパク質、クラスリン、プロテインホスファターゼなどの異常が含まれるが、これらに限定されない)を意味する。この異常なGPCRシグナル伝達は、GPCR関連疾患に寄与し得る。
【0083】
「脱感作GPCR」は、アゴニストに反応する能力および従来のGタンパク質シグナル伝達を活性化する能力をもはや持たないGPCRを意味する。
【0084】
「脱感作経路」は、脱感作プロセスの任意の細胞成分ならびに脱感作プロセスおよびその後のプロセスに関連する細胞構造を意味し、これには、アレスチン、GRK、GPCR、AP−2タンパク質、クラスリン、プロテインホスファターゼなどが含まれるが、これらに限定されない。本発明のアッセイ法では、例えば細胞質中、細胞膜中、クラスリンコートピット中、細胞内処方中、エンドソーム中など、それらの間の任意の段階においてポリペプチドを検出することができる。
【0085】
「GPCRシグナル伝達」は、Gタンパク質のGPCR誘導活性化を意味する。これにより、例えば、cAMPを産生することができる。
【0086】
「Gタンパク質共役型受容体キナーゼ」(GRK)には、GPCRをリン酸化する能力を有する任意のキナーゼが含まれる。本発明で使用することができる一定のGRKを、図2に列挙する。スプライス変異体、生物学的に活性なフラグメント、改変GRK、ならびに動物および他の生物由来のGRKが含まれる。
【0087】
「ホモサピエンスGPCR」は、ホモサピエンスにおいて天然に存在するGPCRを意味する。
【0088】
「逆アゴニスト」は、GPCRへの結合の際、GPCRの基本的な固有の活性を阻害する化合物を意味する。逆アゴニストはある種のアンタゴニストである。
【0089】
「改変GRK」は、脱感作が変化するように改変されたGRKを意味する。
【0090】
「天然に存在するGPCR」は、自然界で存在するGPCRを意味する。
【0091】
「臭気物質リガンド」は、受容体への結合の際にアゴニストおよびアンタゴニスト分子を含む合成化合物および/または組換えによって産性した化合物を含む臭気を知覚するリガンド化合物を意味する。
【0092】
「臭気物質受容体」は、通常、活性化された場合(通常、臭気物質リガンドの結合による)に臭気を感知する臭覚ニューロン表面に見出される受容体を意味する。
【0093】
本明細書中で使用される、用語「薬学的に許容可能なキャリア」は、薬学的に許容可能な物質、組成物、または賦形剤(化学物質の送達または運搬に関連する液体もしくは固体充填剤、希釈剤、賦形剤、溶剤またはカプセル化材料など)を意味する。
【0094】
「感作GPCR」は、目下のところアゴニストに反応して従来のGタンパク質シグナル伝達を活性化させる能力を有するGPCRを意味する。
【0095】
「調整(modulation)」には、発現の少なくともアップレギュレーションもしくはダウンレギュレーションまたはタンパク質活性の増加もしくは減少が含まれる。タンパク質の調整には、タンパク質またはタンパク質を制御(regulation)する化合物の活性のアップレギュレーション、ダウンレギュレーション、増加、または減少が含まれる。調整には、遺伝子、mRNA、または目的のタンパク質の合成における任意の他の工程の制御も含まれる。
【0096】
「過剰発現」タンパク質は、野生型発現レベルよりも高いレベルで発現するタンパク質をいう。
【0097】
「改変GRK」は、GRKのC末端のアミノ酸配列における1つまたは複数の改変を有するGRKを意味する。改変GRKは、原形質膜に構成的に局在化する。好ましくは、GRKは、CAAXモチーフの付加によって改変される。
【0098】
「CAAX」モチーフは、Cがシステインであり、Aが脂肪族アミノ酸であり、Xがタンパク質のC末端アミノ酸である、4つのアミノ酸配列を意味する。
【0099】
「構成性」活性は、アゴニストの非存在下で得られる活性を意味する。例えば、改変GRKが原形質膜に構成的に局在化するとは、改変GRKがアゴニストの非存在下で原形質膜に局在することを意味する。
【0100】
「GRK−C20」は、GRKに付加されたゲラニルゲラニル基を有する能力を有する改変GRKをいう。GRK2−C20は、この様式で改変されたGRK2である。好ましくは、GRK−C20は、CAAXモチーフを含む。
【0101】
本発明者らは、GPCR脱感作を変化させる化合物の独立スクリーニング法を開発した。これGPCRがアゴニストの非存在下で脱感作される細胞株を開発した。これらの細胞株には、改変することができるGRKが含まれる。これらの細胞株を使用して、アゴニストの非存在下でのGPCR脱感作を変化させる化合物のスクリーニング法を開発した。これらの方法は、スクリーニング法からアゴニスト添加工程を省く。この工程の省略により、(1)公知のアゴニストを用いてGPCRの脱感作を変化させる化合物のより有効なスクリーニング法が得られ、(2)公知のアゴニストを持たないオーファンGPCRの脱感作を変化させる化合物のスクリーニング法が得られる。GPCRが原形質膜で発現するかどうかを同定し、GPCRがアレスチンに対する親和性を有するかを同定する方法が開発され、好ましくは、これらの方法は、オーファンGPCRおよびGRKを含む宿主細胞を使用し、前記GPCRはGRKの発現の際にアゴニストに非依存的な様式で少なくとも部分的に内在化されるので、アゴニスト添加の必要性がなくなる。アレスチンに対する親和性を増加させるためにGPCRを改変した。これらの改変GPCRは、脱感作を変化させる化合物のアゴニスト独立スクリーニング法に有用である。
【0102】
[GPCRおよび脱感作]
アゴニストへのGPCRの曝露により、同族ヘテロ三量体Gタンパク質由来の受容体の非共役を含むシグナル伝達能力が急速に弱まる。アゴニスト特異的または同種の脱感作を調節する細胞機構は、アゴニスト共役型受容体をGタンパク質共役型受容体キナーゼ(GRK)でリン酸化して、アレスチンタンパク質に結合する2工程である。
【0103】
アゴニストがGPCRに結合した後、Gタンパク質共役型受容体キナーゼ(GRK)は、GPCRの細胞内ドメインをリン酸化することが知られている。リン酸化後、アレスチンタンパク質は、GRKリン酸化状態に会合し、同族Gタンパク質から受容体を分離する。アレスチンのリン酸化GPCRとの相互作用により、GPCRシグナル伝達が終結し、シグナル伝達を行わない脱感作受容体が得られる。
【0104】
脱感作GPCRに結合したアレスチンは、GPCRをアダプタータンパク質2(AP−2)およびクラスリンなどエンドサイトーシス機構の成分に結合するアダプタータンパク質としての機能化によって、GPCRをクラスリンコートピットまたは他のエンドサイトーシス(すなわち、内面化)のための細胞機構に標的する。内在化GPCRは、脱リン酸化され、再感作された細胞表面で再利用され、細胞内に保持されるか分解される。アレスチンのGPCRとの相互作用能力は、GPCR脱リン酸化、再利用、および再感作速度を予想する1つの要因である。GPCRリン酸化および脱感作プロセスにおける脱リン酸化は、2001年11月5日に提出された米国特許出願番号09/933,844(引用することにより本明細書の一部をなすものとする)に例示されている。
【0105】
本明細書中に記載の方法を使用して、本発明者らは、アレスチンに親和性を示さない一定のGPCRを同定した。カルボキシル末端テールに適切に位置付けられた1つまたは複数のリン酸化、好ましくはリン酸化部位のクラスターを含むようにこれらのGPCRを改変した。この改変により、改変GPCRがアレスチンと安定な複合体を形成し、1つの単位としてエンドソームに内在化する。これらの改変GPCRは、GPCR活性アッセイ法に有用であり得る。これらの改変GPCRは、GPCRのアゴニストの同定に有用であり得る。これらの改変GPCRは、本明細書中に記載のアゴニスト非依存的スクリーニング法で有用であり得る。
【0106】
DRYモチーフを含むように変化させたGPCRを使用したアゴニストに非依存的なスクリーニング法は、米国特許出願番号10/054,616(引用することにより本明細書の一部をなすものとする)に記載されている。GPCRの変更は、このスクリーニング法に含まれており、利用される各GPCRはこのような様式で変更されなければならない。
【0107】
本発明者らは、改変することができるGRKを使用したアゴニストに非依存的なスクリーニング法を開発した。これらのGRKは、アゴニストの非存在下でGPCRをリン酸化する。これらのリン酸化されたGPCRは、アゴニストの非存在下で内在化される。本発明者らは、これらの改変GRKを使用したGPCR内在化のアゴニストをスクリーニングするための、アゴニストに非依存的な方法を開発した。これらの方法は、米国特許出願番号10/054,616に記載されたGPCR改変を必要としない。
【0108】
以前に、一定のGRKが、原形質膜に構成的に局在することが示された。Ingleseらは、構成的にイソプレニル化され、膜に局在するGRK2−C20を構築した。
【0109】
本発明者らは、原形質膜に構成的に局在するGRKの細胞発現により、GPCRが旺盛的に脱感作されると同定した。これらのGRKは、過剰発現することができ、発現を誘導することができ、これをコードする核酸をベクターに局在させるかゲノムに組み込むことができる。本発明者らは、原形質膜に構成的に局在するGRKを発現する宿主細胞を構築した。これらの宿主細胞もまた、アレスチンを発現することができる。これらの宿主細胞に、目的のGPCRを移入した。GRK含有細胞を使用して、目的のGPCRの原形質膜での発現を同定し、GPCRのアレスチン結合能力を分析し、構成的に脱感作したGPCRを検出する方法を開発した。これらの脱感作法を構築し、アゴニストに非依存的な、GPCR脱感作を変化させる化合物の識別方法を開発した。これらの方法は、GPCRアゴニストの既知であるか、または未知である、GPCRの内在化を変化させる化合物の同定に有用である。
【0110】
本発明者らはまた、GRKが原形質膜中に構成的に局在するかどうかにかかわらず、野生型または改変GRKの増加により脱感作が増加するかを同定した。
【0111】
本発明は、改変GPCR、改変GPCRのポリペプチド、改変GPCRをコードする核酸分子、改変GPCRをコードする核酸分子を含むベクター、改変GPCRの核酸を構築することができるベクター、および改変GPCRを含む細胞に関する。本発明は、さらに、改変GPCRを使用するアッセイ系、改変GPCRを含む細胞を使用するアッセイ系、アッセイ系を使用して同定した化合物、同定した化合物を使用した治療法、アッセイ系を使用した疾患の診断法、および本発明のアッセイ試薬および本発明の細胞を含むキットに関する。
【0112】
特定のコドンを異なるアミノ酸をコードするコドンに変化するようにGPCRまたは改変GPCR変異させることができる。このような変異は、一般に、可能な最も少数のヌクレオチドの変化によって行う。得られたタンパク質が非保存的な様式(すなわち、ある粒子サイズまたは特徴を有するアミノ酸グループに属するアミノ酸から別のグループに属するアミノ酸へのコドンの変化による)または保存的な様式(すなわち、ある粒子サイズまたは特徴を有するアミノ酸グループに属するアミノ酸から同一のグループに属するアミノ酸へのコドンの変化による)でアミノ酸が変化すように、この種の置換変異を行うことができる。一般に、このような保存的変化により、得られたタンパク質の構造および機能はあまり変化しない。非保存的変化は、おそらく得られたタンパク質の構造、活性、または機能が変化する。本発明は、得られたタンパク質の活性および結合特性が有意に変化していない保存的に変化した配列を含めることを考慮すべきである。
【0113】
特定の実施形態では、本発明の改変GPCRには、カルボキシ末端テールに適切に位置付けられた1つまたは複数のリン酸化部位、好ましくはリン酸化部位のクラスターを有するように改変したGPCRが含まれる。これらの改変GPCRは、アゴニスト刺激から約30分以内にエンドソームに漸増する。これらの改変GPCRは、本明細書中に記載の細胞中のエンドソームに漸増し、GPCRはアゴニストに依存的な様式でリン酸化される。
【0114】
本発明の改変GPCRは、カルボキシル末端テールに適切に位置付けられた1つまたは複数のリン酸化部位、好ましくは1つまたは複数のリン酸化部位のクラスターを含む。本発明者らは、カルボキシル末端テールに適切に位置付けられた1つまたは複数のリン酸化部位、好ましくは1つまたは複数のリン酸化部位のクラスターは、本明細書中に記載のアゴニストでの刺激後またはアゴニストに非依存的な様式のいずれかで、アレスチンに対する親和性が増加し、GPCRリン酸化の際にエンドソーム中にアレスチンと同時局在化することを発見した。本発明者らはまた、1つまたは複数のリン酸化部位、好ましくはリン酸化部位のクラスターは、GPCRのアレスチンに対する親和性が増加するようにGPCRテール内に最適に存在しなければならないことを発見した。したがって、1つまたは複数のリン酸化部位、好ましくはリン酸化部位のクラスターがカルボキシ末端テール内に最適に存在するように改変GPCRを構築することができる。互いに融合して改変GPCRを形成するポリペプチドの一部を、1つまたは複数のリン酸化部位、好ましくはリン酸化部位のクラスターがカルボキシ末端テール内に適切に確かに存在するように選択する。あるいは、改変GPCRを作成するための個別の点変異の位置を、1つまたは複数のリン酸化部位、好ましくはリン酸化部位のクラスターがカルボキシ末端テール内に適切に位置付けられるように選択することができる。
【0115】
本発明者らは、本発明の改変GPCRがGタンパク質共役型受容体(GPCR)活性を変化させることができる化合物のスクリーニングアッセイに有用であることを発見した。本発明を使用することができるアッセイの例には、米国特許第5,891,646号および同第6,110,693号(引用することにより本明細書の一部をなすものとする)に記載のアッセイが含まれるが、これらに限定されない。本発明を使用することができるアッセイのさらなる例には、蛍光共鳴エネルギー転移(FRET)を使用するアッセイおよびAngers,S.、Salahpour,A.、Joly,E.、Hilairet,S.、Chelsky、「生物発光共鳴エネルギー転移(BRET)を使用した生細胞中のβアドレナリン作動性受容体の二量体化」、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、97、7、3684〜3689に記載の生物発光共鳴エネルギー転移(BRET)技術を使用するアッセイが含まれるが、これらに限定されない。
【0116】
本発明者らは、これらの改変GPCRがGPCR内在化を変化させることができる化合物をスクリーニングするための、アゴニストに非依存的な方法に有用であると同定した。本発明を使用することができるアッセイのさらなる例には、本明細書中に記載のアッセイが含まれるが、これらに限定されない。
【0117】
GPCR脱感作の増強
本発明は、GPCR脱感作の増強法を提供する。1つの実施形態は、改変することができるGRKの発現に関する。GRKを過剰発現することができるか、その発現を誘導することができる。これらの方法を使用して、GPCR(改変GPCR、オーファンGPCR、味覚受容体、変異GPCR、β2AR Y326AGPCR変異体、または別のGPCRを含む)の脱感作を分析することができる。本発明に有用な一定のGPCRを、図1に列挙する。
【0118】
好ましい実施形態では、発現系およびGRKをコードする核酸を含む細胞を得る。GRKの発現によりGPCRが構成的に脱感作されるようにGRKを改変することができる。GRKを過剰発現し、その発現を誘導することができる。
【0119】
好ましくは、改変することができるGRKおよびアレスチンを含む宿主細胞を得る。次いで、これらの細胞にGPCRを添加する。アゴニストに非依存的なGPCRの脱感作を検出する。図4、5、6、および7は、この方法の例である。検出法を以下に記載する。
【0120】
本発明は、目的のGPCRが原形質膜で発現するかどうかを識別する方法を提供する。原形質膜で発現したGPCRは、先に記載した化合物の識別方法に有用である。
【0121】
目的のGPCRが原形質膜で発現するかどうかを識別する好ましい方法は、(a)GPCR、アレスチン、およびGRKを含む細胞であって、前記アレスチンが検出可能に標識されていることを特徴とする細胞を得る工程と、(b)前記アレスチンの細胞分布を決定する工程と、(c)前記アレスチンの細胞分布をGPCRの原形質膜で発現する能力に相関させる工程とを含む。
【0122】
本発明の好ましい実施形態を、実施例2、3、4、5、6、および7に記載し、図4、5、6、および7に例示する。
【0123】
目的のGPCRが原形質膜で発現するかどうかを識別する別の方法は、(a)GPCR、GRK、およびGRKを含む細胞であって、前記GRKが検出可能に標識されていることを特徴とする細胞を得る工程と、(b)前記GRKの細胞分布を決定する工程と、(c)前記GRKの細胞分布をGPCRの原形質膜で発現する能力に相関させる工程とを含む。
【0124】
本発明は、GPCRがアレスチンに結合する能力の分析法を提供する。アレスチンに結合するGPCRは、上記の化合物の識別方法に有用である。
【0125】
GPCRのアレスチン結合能力を分析する好ましい方法は、(a)GPCR、アレスチン、およびGRKを含む細胞であって、前記アレスチンが検出可能に標識されていることを特徴とする細胞を得る工程と、(b)前記アレスチンの細胞分布を決定する工程と、(c)前記アレスチンの細胞分布をGPCRのアレスチン結合能力に相関させる工程とを含む。
【0126】
本発明の好ましい実施形態を、実施例2、3、4、5、6、および7に記載し、図4、5、6、および7に例示する。
【0127】
本発明の方法を使用して、一定のGPCRはアレスチンに結合して脱感作する。しかし、一定のGPCRは、米国特許出願番号09/993,844に記載のようにGPCRを改変せずに脱感作しない。本発明者らは、図3に列挙した公知およびオーファンGPCRを含むいくつかのGPCRを可変した。改変の際、これらの改変GPCRは、上記系で構成的に脱感作した。
【0128】
[改変GPCR]
本発明は、改変GPCRに関する。本発明の改変GPCRは、そのカルボキシ末端テールに1つまたは複数の可変を含み得る。これらの改変は、カルボキシル末端テールの一定の領域内に1つまたは複数のリン酸化、好ましくはリン酸化部位のクラスターを含み得る。したがって、カルボキシ末端テールの全体または一部を改変することができる。多数のGPCRのカルボキシ末端テールは、7回膜貫通ドメインの末端を記す保存されたNPXXYモチーフの直後から始まる(すなわち、NPXXYモチーフに続く配列がGPCRのカルボキシ末端テールである)。多数のGPCRのカルボキシ末端テールは、NPXXYモチーフの約10〜25アミノ酸残基、好ましくは15〜20アミノ酸残基下流に推定パルミトイル化部位を含む。この部位は、典型的には、1つまたは複数のシステイン残基である。GPCRのカルボキシ末端、比較的に長くても、比較的短くても、事実上存在しなくてもよい。本発明者らは、GPCRのカルボキシ末端テールによりアレスチン結合の親和性が決定されると同定した。
【0129】
本発明者らは、カルボキシ末端テール中の特異的アミノ酸モチーフが安定なGPCR/アレスチン複合体の形成を促進し、それにより最終的にアレスチンのエンドソームへの漸増を促進することができることを発見した。これらのアミノ酸モチーフは、有効にリン酸化されることによりリン酸化部位として容易に機能する1つまたは複数のアミノ酸、好ましくはアミノ酸残基のクラスターを含む。アミノ酸クラスターは、2つのうち2つ、3つのうち2つ、3つのうち3つ、4つのうち3つ、4つのうち4つ、5つのうち4つ、5つのうち5つなどの連続アミノ酸位置を占め得る。したがって、安定なGPCR/アレスチン複合体形成を促進するアミノ酸クラスターは、「リン酸化部位クラスター」である。リン酸化部位のこれらのクラスターは、好ましくは、セリンおよびトレオニン残基のクラスターである。
【0130】
アレスチンと安定な複合体を形成するGPCRは、1つまたは複数のリン酸化部位、好ましくはリン酸化部位のクラスターを含む。1つまたは複数のリン酸化部位、好ましくはリン酸化部位のクラスターに加えて、この部位は、安定なGPCR/アレスチン複合体形成を促進するためにカルボキシ末端テール内に適切に存在しなければならないことを発見した。安定なGPCR/アレスチン複合体の形成を促進するために、1つまたは複数のリン酸化部位、好ましくは1つまたは複数のリン酸化部位のクラスターは、GPCRの推定パルミトイル化部位の約15〜35(好ましくは15〜25)アミノ酸残基下流に存在し得る。さらに、1つまたは複数のリン酸化部位、好ましくは1つまたは複数のリン酸化部位のクラスターは、GPCRのNRXXYモチーフの約20〜55(好ましくは30〜45)アミノ酸残基下流に存在し得る。適切に位置付けられた1つまたは複数のリン酸化部位、好ましくはリン酸化部位のクラスターを含むGPCRは、典型的にはクラスB受容体である。
【0131】
例として、V2R受容体は、推定パルミトイル化部位の19アミノ酸残基下流およびNRXXYモチーフの36アミノ酸残基下流に安定なGPCR/アレスチン複合体の形成を促進するリン酸化部位のクラスター(SSS)を含むことが発見された。NTR−2受容体は、推定パルミトイル化部位の26アミノ酸残基下流およびNRXXYモチーフの45アミノ酸残基下流に安定なGPCR/アレスチン複合体の形成を促進するリン酸化部位のクラスター(STS)を含む。オキシトシン受容体(OTR)授与体は、一方は推定パルミトイル化部位の20アミノ酸残基下流および他方はNRXXYモチーフの29アミノ酸残基下流に、そして一方はNRXXYモチーフの38アミノ酸残基下流および他方はNRXXYモチーフの47アミノ酸残基下流に安定なGPCR/アレスチン複合体の形成を促進する2つのリン酸化部位のクラスター(SSLSTおよびSTLS)を含む。基質P受容体(SPR、ニューロキニン1受容体としても公知)は、推定パルミトイル化部位の32アミノ酸残基下流およびNRXXYモチーフの50アミノ酸残基下流に安定なGPCR/アレスチン複合体の形成を促進するリン酸化部位のクラスター(TTIST)を含む。
【0132】
本発明者らは、カルボキシル末端テール内に存在する1つまたは複数のリン酸化部位、好ましくはリン酸化部位のクラスターを欠くGPCRは、あまり安定でなく、原形質膜またはその近傍で解離しているGPCR/アレスチン複合体(complex)を形成すると同定した。これらのGPCRは、典型的にはクラスA受容体、オーファン受容体、味覚受容体などである。しかし、本発明者らは、本来1つまたは複数のリン酸化部位を欠き、これらの受容体のカルボキシル末端テールの改変によってアレスチンに対する親和性が低い安定なGPCR/アレスチン複合体を得ることができることを発見した。好ましくは、カルボキシル末端テールを、カルボキシル末端テール内に適切に位置付けられた1つまたは複数のリン酸化部位、好ましくは1つまたは複数のリン酸化部位のクラスターを含むように改変する。
【0133】
本発明は、これらの改変GPCRのポリペプチド配列を含む。本発明の改変GPCRは、そのカルボキシ末端テール中に適切に位置付けられた1つまたは複数のリン酸化部位、好ましくは1つまたは複数のリン酸化部位のクラスターを有するように改変されたGPCRを含む。本発明の改変GPCRのポリペプチド配列はまた、1つまたは複数の付加、欠失、置換、または変異を有する配列を含む。これらの変異は、好ましくは、保存様式(すなわち、粒子サイズまたは特徴を有するアミノ酸グループに属するアミノ酸から同一のグループへのコドンの変化)で作製された置換変異である。このような保存的変化により、一般に、得られたタンパク質の構造および機能はあまり変化しない。本発明は、得られたタンパク質の活性または結合特性が有意に変化していない保存的に変化した配列を含めることを考慮すべきである。
【0134】
本発明の改変GPCRは、NPXXYモチーフを含むGPCR、NPXXYモチーフの約10〜25アミノ酸残基(好ましくは15〜20アミノ酸)下流の推定パルミトイル部位、および改変カルボキシ末端テールを含む。改変カルボキシ末端テールは、リン酸化部位が改変GPCRの推定パルミトイル化部位の約15〜35、好ましくは15〜25アミノ酸残基下流であるように1つまたは複数のリン酸化部位、好ましくは1つまたは複数のリン酸化部位のクラスターを有する。改変カルボキシル末端テールは、リン酸化部位が改変GPCRのNPXXYの約20〜55、好ましくは30〜45アミノ酸残基下流であるように1つまたは複数のリン酸化部位、好ましくは1つまたは複数のリン酸化部位のクラスターを有する。
【0135】
本発明は、さらに、改変GPCRをコードする単離核酸分子を含む。改変GPCRと同一のアミノ酸配列を有するが縮重している改変GPCRをコードする改変GPCRをコードするDNA配列も本発明の範囲内であることも認識すべきである。「〜に縮重する」は、異なる3文字コドンを使用して特定のアミノ酸を特定することを意味する。
【0136】
当業者が容易に理解するように、多数のGPCRのカルボキシルテールを、7回膜貫通ドメインの末端を記すNPXXYモチーフによって識別することができる。
【0137】
本発明の改変カルボキシル末端領域を含む改変GPCRを作製するために、リン酸部位またはリン酸部位のクラスターを欠くか、アレスチンに対する親和性が低いか未知であるGPCRは、そのカルボキシル末端テール中のアミノ酸残基に1つまたは複数の付加、置換、欠失、または変異を含み得る。カルボキシル末端テールが、1つまたは複数のリン酸化部位、好ましくはリン酸化部位のクラスターを含むように改変されるようにこれらの付加、置換、欠失、または変異を行う。例として、改変GPCRが得られるように、アミノ酸残基を個別に点変異することができる。例として、3つの連続するアミノ酸を、改変GPCRが得られるようにセリン残基に変異することができる。1つまたは複数のリン酸化部位、好ましくはリン酸化部位のクラスターがカルボキシル末端テール内に適切に位置付けられるように、これらの変異を行う。
【0138】
さらに、改変カルボキシル末端領域を含む改変GPCRを作製するために、リン酸部位またはリン酸部位のクラスターを欠くか、アレスチンに対する親和性が低いか未知であるGPCRの核酸配列を、特定のコドンを異なるアミノ酸、好ましくはセリンまたはトレオニンをコードするコドンに変更するように変異することができる。一般に、可能な限り最も少数のヌクレオチドの変化によってこのような変異を行う。1つまたは複数のリン酸化部位、好ましくはリン酸化部位のクラスターを作製するために、得られたタンパク質中のアミノ酸を変化させるこの種の置換変異を行うことができる。例として、核酸配列の個別の点変異を行うことができる。改変GPCRの推定パルミトイル化部位の約15〜35アミノ酸残基下流に局在するようにリン酸化部位を位置付ける。
【0139】
さらに、本発明の改変GPCRを得るために、適切に位置付けられたリン酸化部位を欠くかアレスチンに対する親和性が低いか未知であるGPCRは、そのカルボキシル末端テールの全てまたは一部を適切に位置付けられたリン酸化部位のクラスターを有するGPCRのそれと交換することができる。交換部位は、保存NPXXYモチーフの後に存在するかこのモチーフを含み得る。代わりとして、保存NPXXYモチーフの約10〜25(好ましくは15〜20)アミノ酸残基下流にGPCRの推定パルミトイル化部位を同定することができ、交換部位は、パルミトイル化システインの後に存在するかこれを含む。好ましくは、適切に位置付けられたリン酸化部位のクラスターを欠くかアレスチンに対する親和性が低いか未知であるGPCRのカルボキシル末端テールを、推定パルミトイル化部位に極めて接近したアミノ酸残基で交換する。より好ましくは、適切に位置付けられたリン酸化部位のクラスターを欠くかアレスチンに対する親和性が低いか未知であるGPCRのカルボキシル末端テールを、パルミトイル化システイン残基が維持されるようにNPXXYモチーフの約10〜25(好ましくは15〜20)アミノ酸残基下流の推定パルミトイル化部位で交換する。好ましい交換様式により、リン酸化部位のクラスターが改変GPCRのカルボキシル末端テール内の適切な位置に容易に位置付けられる。テールを交換することができるので、改変GPCRを核酸配列または対応するアミノ酸配列の操作によって構築することができる。
【0140】
さらにその代わりとして、GPCR(例えば、NPXXYモチーフを含まないGPCR)のカルボキシルテールを、疎水性プロットから推測することができるので、交換部位を選択することができる。疎水性プロットに基づいて、当業者は、GPCRを膜中に固定することができる部位を予想し、推定パルミトイル化部位がどこに導入されたかを予想することができる。この技術を使用して、NPXXYモチーフも推定パルミトイル化部位も含まないGPCRを、基準点(例えば、推定パルミトイル部位)が作製されるように改変することができる。導入された推定パルミトイル部位を使用して、テール交換を位置付けることができる。
【0141】
交換に使用したカルボキシル末端テールは、1つまたは複数の適切に位置付けられたリン酸化部位のクラスターおよびNXXYモチーフの約10〜25(好ましくは15〜20)アミノ酸残基下流の推定パルミトイル化部位を有する第2のGPCR由来であり得る。同定されたテールを、保存NPXXYモチーフの後で交換するかこれを含むことができる。代わりとして、GPCRの推定パルミトイル化部位を、保存NPXXYモチーフの約10〜25(好ましくは15〜20)アミノ酸残基下流で同定することができ、テールは、パルミトイル化システインの後で交換するかこれを含むことができる。好ましくは、リン酸化部位のクラスターを有するGPCRのカルボキシル末端テールを、推定パルミトイル化部位に極めて接近したアミノ酸残基で交換する。より好ましくは、リン酸化部位のクラスターを含むカルボキシル末端テールの一部がパルミトイル化システイン残基のすぐ下流のアミノ酸残基から始まるようにリン酸化部位のクラスターを有するGPCRのカルボキシル末端テールをNPXXYモチーフの約10〜25(好ましくは15〜20)アミノ酸残基下流の推定パルミトイル化部位で交換する。好ましい様式での交換により、リン酸化部位のクラスターが改変GPCRのカルボキシル末端テール内の適切な位置に容易に位置付けられる。交換に使用したリン酸化部位のクラスターを有するカルボキシル末端テールは、カルボキシル末端に結合した検出可能な分子を有し得る。テールを交換することができるので、核酸配列または対応するアミノ酸配列の操作により改変GPCRを構築することができる。
【0142】
さらに、交換に使用したカルボキシル末端テール部分は、1つまたは複数のリン酸化部位、好ましくは1つまたは複数のリン酸化部位のクラスターを有するGPCR由来のアミノ酸配列に対応するアミノ酸配列を有するように合成されたポリペプチドを起源とし得る。合成ポリペプチドは、NPXXYモチーフの約10〜25(好ましくは15〜20)アミノ酸残基下流の推定パルミトイル化部位を有し得る。合成ポリペプチドは、ポリペプチドの構造および機能に影響を与えないか変化させない1つまたは複数のアミノ酸残基の付加、置換、欠失を有し得る。
【0143】
さらに、交換に使用したカルボキシル末端テール部分は、1つまたは複数のリン酸化部位のクラスターを有するGPCR由来のアミノ酸配列に対応するアミノ酸配列を有することを認識する天然に存在するポリペプチドを起源とし得る。ポリペプチドは、NPXXYモチーフの約10〜25(好ましくは15〜20)アミノ酸残基下流の推定パルミトイル化部位を有し得る。ポリペプチドは、ポリペプチドの構造および機能に影響を与えないか変化させない1つまたは複数のアミノ酸残基の付加、置換、欠失を有し得る。
【0144】
改変カルボキシル末端領域を含む改変GPCRを、適切に位置付けられたリン酸化部位のクラスターを欠くかアレスチンに対する親和性が低いか未知であるGPCRの第1のカルボキシル末端テール部分と1つまたは複数のリン酸化部位のクラスターを有するGPCRまたはポリペプチドの第2のカルボキシル末端テール部分との融合によって作製することができる。第2のGPCRまたはポリペプチドは、NPXXYモチーフの約10〜25(好ましくは15〜20)アミノ酸残基下流の推定パルミトイル化部位を有し得る。したがって、改変GPCRの改変カルボキシル末端領域は、適切に位置付けられたリン酸化部位のクラスターを欠くかリン酸化部位のクラスターを有するGPCRまたはポリペプチドのカルボキシ末端テールの一部に融合したアレスチンに対する親和性が低いか未知であるGPCR由来のカルボキシル末端テールの一部を含む。適切に位置付けたリン酸化部位のクラスターを欠くGPCRのテールを、保存NPXXYモチーフの後で交換するかこれを含むことができ、保存NPXXYモチーフの後でリン酸化部位のクラスターを含むカルボキシル末端テールに融合するかこれを含むことができる。代わりとして、適切に位置付けたリン酸化部位のクラスターを欠くGPCRのテールを、パルミトイル化システインの後で交換するかこれを含むことができ、パルミトイル化モチーフの後でリン酸化部位のクラスターを含むテールに融合するかこれを含むことができる。テールを交換することができるので、核酸配列または対応するアミノ酸配列の操作により改変GPCRを構築することができる。
【0145】
さらにその代わりとして、GPCR(例えば、NPXXYモチーフを含まないGPCR)のカルボキシルテールを、疎水性プロットから推測および交換することができる。疎水性プロットにしたがって、交換部位を選択することができる。疎水性プロットに基づいて、当業者は、GPCRを膜中に固定することができる部位を予想し、推定パルミトイル化部位がどこに導入されたかを予想することができる。この技術を使用して、NPXXYモチーフも推定パルミトイル化部位も含まないGPCRを、基準点(例えば、推定パルミトイル部位)が作製されるように改変することができる。導入された推定パルミトイル部位を使用して、テール交換を位置付けることができる。推定パルミトイル化部位の導入後、得られたテールを、NPXXYモチーフの約10〜25(好ましくは15〜20)アミノ酸残基下流に1つまたは複数のリン酸化部位のクラスターおよび推定パルミトイル化部位を有するGPCRまたはポリペプチドの第2のカルボキシルテール部分と融合することができる。
【0146】
好ましくは、改変GPCRの改変カルボキシル末端領域を、推定パルミトイル化部位に極めて接近したアミノ酸残基で交換する。より好ましくは、アレスチンに対する親和性が低い第1のGPCR由来の部分がNPXXYモチーフの約10〜25(好ましくは15〜20)アミノ酸残基下流の推定パルミトイル化部位によるNPXXYモチーフ由来のアミノ酸残基を含み、NPXXYモチーフの約10〜25(好ましくは15〜20)アミノ酸残基下流にリン酸化部位のクラスターおよび推定パルミトイル化部位を有する第のGPCR由来の部分がカルボキシル末端の最後まで伸長している第2のGPCRの推定パルミトイル化部位のすぐ下流のアミノ酸残基から始まるアミノ酸残基を含むように、改変GPCRの改変カルボキシル末端領域を融合する。リン酸化部位のクラスターがカルボキシル末端テール内の適切な位置に容易に位置付けられ、改変GPCRは、その構造および機能する能力を維持している。
【0147】
例として、クラスA受容体またはオーファン受容体は、公知のクラスB受容体由来のカルボキシ末端テールの一部に交換されたカルボキシ末端テールの一部を有し得る。さらに、事実上カルボキシル末端テールが存在しない受容体(例えば、オーファン受容体および味覚受容体)は、公知のクラスB受容体由来のカルボキシ末端テールの一部に交換されたカルボキシ末端テールの一部を有し得る。これらの交換に使用したクラスB受容体テールは、カルボキシル末端に融合した検出可能な分子を有し得る。
【0148】
改変GPCRを、遺伝子操作分野で標準的な分子生物学技術(ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、制限酵素、発現ベクター、プラスミドなどが含まれるが、これらに限定されない)によって作製することができる。例として、pEArrBなどのベクター(アレスチン結合が増強されている)を、アレスチンに対するリン酸化部位のクラスターを欠くGPCRの親和性を増強するようにデザインすることができる。pEArrBなどのベクターを形成するために、アレスチンと安定な複合体を形成するPCR増幅したGPCRカルボキシル末端のDNAフラグメントを、適切な制限酵素で消化し、プラスミドにクローン化することができる。1つのこのようなプラスミドの略図を、図4Aに示す。図4Bに示すように、改変されるGPCRのDNAもまたPCR増幅し、制限酵素によって適切な位置で消化し、pEArrBなどのベクターにサブクローン化することができる。発現する場合、改変GPCRは、カルボキシル末端に融合したポリペプチドを含む。ポリペプチドは、リン酸化部位のクラスターを含む。好ましくは、ポリペプチドは、アレスチンと安定な複合体を形成する受容体のGPCRカルボキシル末端を起源とする。
【0149】
このような改変GPCRはまた、異常な遺伝子スプライシングまたは一塩基多型の結果として天然に存在し得る。このような天然に存在する改変GPCRは、改変エンドサイトーシス標的化を有すると予想される。これらの天然に存在する改変GPCRは、多数のGPCR関連疾患に関連し得る。
【0150】
図3に示すように、本発明者らは、いくつかのGPCRを改変した。本明細書中に記載のように、β2アドレナリン作動性受容体、ドーパミンD1A受容体、muオピオイド受容体、オーファンGPR3、オーファンGPR6、オーファンGPR12、オーファンGPR7、オーファンGPR8、オーファンGPR55、オーファンSREB2、およびオーファンSREB3を改変した。これらの改変GPCRは、改変GPCRテール内に適切に位置付けたリン酸化部位のV2Rクラスター(SSS)を含む。
【0151】
標準的な受容体結合アッセイによって示し得るように、改変受容体は、アレスチンに対する高い親和性によるアレスチンとの複合体の安定性の増加、アレスチンに作用する能力、および再利用および再感作能力以外は野生型の対応物と本質的に区別不可能である。例えば、改変受容体は膜で適切に発現し、アゴニストまたはリガンドに対して類似の親和性を有する。しかし、改変GPCRは、アレスチンに対する親和性が増加しているので、野生型対象物よりも安定なアレスチンとの複合体を形成し、エンドソームに輸送された場合にアレスチンに結合したままであり得る。
【0152】
これらの改変GPCRは、GPCRのアゴニストのスクリーニングアッセイおよびGPCR脱感作を変化させる化合物についてのアゴニストに非依存的なアッセイに有用である。
【0153】
[改変GPCRを使用したGPCR活性のアッセイ法]
本発明の改変GPCRは、GPCR活性のアッセイ法で有用である。本発明の改変GPCRを、アレスチンとの所望の相互作用および会合よりも弱いGPCRおよびアレスチンとの未知の相互作用または会合を有するGPCRの研究アッセイに使用することができる。改変GPCRを使用する本発明の方法により感度の高いアッセイが得られ、例えば、エンドソーム中のアレスチン/GPCRの検出を向上させることができる。本発明の改変GPCRを使用するアッセイは、リガンド、アゴニスト、逆アゴニスト、脱感作活性化合物などについての化合物およびサンプル溶液のスクリーニングに有用であり得る。一旦同定されると、これらの化合物は、GPCR活性を調整することができ、GPCRに関連する1つまたは複数の疾患の治療に有用な薬物として有用であり得る。
【0154】
本発明の好ましいアッセイでは、本発明の改変GPCRを発現する細胞が得られ、これらの細胞は、アレスチンと検出可能な分子との接合体をさらに含み得る。
【0155】
検出可能な分子に結合したアレスチンを検出し、GPCR経路での機能をモニターすることができる。アレスチンの位置(例えば、細胞質に均一に分散している、細胞膜に密集している、クラスリンコートピットに密集している、エンドソームに局在しているなど)を検出することができる。アゴニスト刺激に対する反応では、GPCRへのアレスチンの接近および任意の他の細胞構造への接近をモニターすることができる。例えば、アゴニスト刺激に対する反応では、アレスチンを、細胞膜でのGPCRへの接近、クラスリンコートピット中でのGPCRとの密集、エンドソーム上でのGPCRとの同時局在などで検出することができる。
【0156】
本発明の改変GPCRは、アレスチンに対する親和性が増加しており、GPCRのアレスチンとの安定な複合体が得られるので、エンドソームへのGPCRとアレスチンとが同時局在する。本発明のアッセイ法では、アレスチンを、例えば、細胞質中、細胞膜でのGPCR付近での密集、クラスリンコートピット中でのGPCR付近での密集、エンドソーム上でのGPCRとの同時局在として検出することができる。好ましくは、アレスチンを、エンドソーム上でのGPCRとの同時局在として検出することができる。
【0157】
細胞膜でのアレスチンのGPCRとの会合を、アゴニスト添加後(例えば、約1秒〜2分)に迅速に検出することができる。エンドソーム上でのアレスチンのGPCRとの同時局在を、アゴニスト添加から数分以内(例えば、約3〜15分)に検出し、長時間(例えば、1時間後)保持することができる。エンドソーム上でのアレスチンのGPCRとの会合により、強力且つ容易に認識可能なシグナルを得ることができる。40倍の対物レンズで、シグナルは、ドーナッツ様の外観を示し得る。エンドソーム小胞中に同時局在化されたアレスチンおよびGPCRの区画化から得られたシグナルは、典型的には、検出が容易で、長時間保持することができる。
【0158】
本発明のGPCR経路の好ましいアッセイ法は、(a)少なくとも1つの本発明の改変GPCRを発現し、アレスチンと検出可能な分子との接合体をさらに含む細胞を得る工程と、(b)前記アレスチンのトランスロケーションを誘導する工程と、(c)トランスロケーション経路に沿ってアレスチンの改変GPCRとの相互作用を検出する工程とを含む。
【0159】
アレスチンの改変GPCRとの相互作用を、例えば、エンドソーム中、クラスリンコートピット中、細胞膜付近での濃縮として検出することができる。好ましくは、アレスチンの改変GPCRとの相互作用は、エンドソーム中で検出される。エンドソーム中でのアレスチンのGPCRとの相互作用を、アゴニスト添加から数分以内(例えば、約3〜15分)に検出し、長時間(例えば、1時間後)保持することができる。エンドソーム上でのアレスチンのGPCRとの相互作用により、長時間維持される強力且つ容易に認識可能なシグナルを得ることができる。
【0160】
本発明のGPCR活性についての化合物のスクリーニング法では、少なくとも1つの改変GPCRを発現する細胞が得られる。細胞は、検出可能な分子に結合するアレスチンを含む。細胞を、試験化合物に曝露する。細胞内のアレスチンの位置を検出する。化合物の存在下での細胞内のアレスチンの位置を、化合物の非存在下での細胞内のアレスチンの位置と比較し、(1)化合物の存在下での細胞内のアレスチンの位置と(2)化合物の非存在下での細胞内のアレスチンの位置の相違を相関させる。
【0161】
例として、本発明の改変GPCRを使用して、GPCRアゴニスト活性について化合物およびサンプル溶液をスクリーニングすることができる。この方法では、少なくとも1つの本発明の改変GPCRを発現し、アレスチンと検出可能な分子との接合対をさらに含む細胞が得られる。細胞を、試験すべき化合物またはサンプル溶液に曝露する。アレスチンの改変GPCRとの相互作用が試験化合物および溶液への曝露後に増加するかどうかが検出され、この相互作用の増加は化合物または溶液がGPCRアゴニスト活性を有することの指標となる。アレスチンのGPCRとの相互作用を、エンドソーム中、クラスリンコートピット中、細胞膜付近などで検出することができる。改変GPCRを、好ましくはカルボキシル末端で検出可能な分子に結合することもできる。上記で説明するように、本発明でのGPCRに対する改変は、GPCRのアゴニストまたはリガンドに対する天然の親和性に影響を与えないはずである。
【0162】
例として、本発明の改変GPCRを使用して、化合物およびサンプル溶液をGPCRアンタゴニストまたは逆アゴニスト活性についてスクリーニングすることができる。少なくとも1つの本発明の改変GPCRを発現し、アレスチンと検出可能な分子との接合体をさらに含む細胞が得られる。細胞を、試験すべき化合物またはサンプル溶液およびGPCRの公知のアゴニストに曝露する。アレスチンの改変GPCRとの相互作用が試験化合物および溶液への曝露後に減少するかどうかが検出され、この相互作用の減少は化合物または溶液がGPCRアンタゴニストまたは逆アゴニスト活性を有することの指標となる。アレスチンのGPCRとの相互作用を、エンドソーム中、クラスリンコートピット中、細胞膜付近などで検出することができる。改変GPCRを、好ましくはカルボキシル末端で検出可能な分子に結合することもできる。上記で説明するように、本発明でのGPCRに対する改変は、GPCRのアゴニストまたはリガンドに対する天然の親和性に影響を与えないはずである。
【0163】
さらなる例として、本発明の改変GPCRを使用して、化合物およびサンプル溶液をGPCR脱感作活性についてスクリーニングすることができる。少なくとも1つの本発明の第1の改変GPCRを発現し、アレスチンと検出可能な分子との接合体をさらに含む細胞が得られる。第1の細胞を、試験すべき化合物またはサンプル溶液および第1のGPCRの公知のアゴニストに曝露する。アレスチンの第1の改変GPCRとの相互作用が試験化合物および溶液への曝露後に減少するかまたは増加しないどうかが検出され、この相互作用の減少または欠失は化合物または溶液が脱感作活性を有することの指標となる。アレスチンのGPCRとの相互作用を、エンドソーム中、クラスリンコートピット中、細胞膜付近などで検出することができる。少なくとも1つの本発明の第2の改変GPCRを発現し、アレスチンと検出可能な分子との接合体をさらに含む細胞が得られる。第2の改変GPCRは、第1の改変GPCRに関連しない。第2の細胞を、試験すべき化合物またはサンプル溶液および第2のGPCRの公知のアゴニストに曝露する。アレスチンの第2の改変GPCRとの相互作用が試験化合物および溶液への曝露後に減少するかまたは増加しないどうかが検出され、この相互作用の減少または欠失は化合物または溶液が発現されたGPCRと独立したGPCR脱感作活性を有することの指標となる。アレスチンのGPCRとの相互作用を、エンドソーム中、クラスリンコートピット中、細胞膜付近などで検出することができる。
【0164】
本発明のGPCR経路活性の評価法もまた、無細胞アッセイを含む。本発明の無細胞アッセイでは、沈殿した基質(本発明の改変GPCR)が得られる。アレスチンと検出可能な分子との接合体を含む流動体も得られる。アレスチンのトランスロケーションを誘導し、アレスチンのGPCRとの相互作用を検出する。ホールセルからGPCRおよびアレスチンが得られ、これを精製後に無細胞アッセイに使用することができる。改変GPCRは、アレスチン結合部位およびアゴニスト結合部位を有し、多層または二重層脂質小胞中で支持することができる。改変GPCRを支持する小胞は基質上に沈殿し、アレスチン結合部位がアレスチンに曝露され、レセプター結合部位がアゴニストに接近可能となるように、改変GPCRを脂質小胞中で支持して基質上に沈殿させることができる。基質は、GPCRが沈殿することができる任意の人工基質(ガラス、プラスチック、セラミック、半導体、シリカ、光ファイバー、ダイヤモンド、生体適合性モノマー、生体適合性ポリマー、ポリマービーズ(有機および無機ポリマー)などが含まれるが、これらに限定されない)であり得る。
【0165】
本発明は、本発明のアッセイ方法によって、リガンド、アゴニスト、アンタゴニスト、逆アゴニスト、またはDACと同定される化合物に関する。これらの化合物を使用して、GPCRに関与する任意の疾患の1つを治療することができる。同定された化合物を、GPCRに関与する病態、障害、または疾患の治療または改善のための治療有効量をヒトまたは非ヒトに投与することができる。治療有効量は、このような病態、障害、または疾患の症状の改善に十分な化合物の量をいう。
【0166】
[GPCR脱感作を調整する化合物の識別方法]
本発明は、GPCR脱感作を調整する化合物のスクリーニング法に関する。本方法は、GPCRを構成的にリン酸化して構成的に脱感作された改変GRKを使用する。GPCRアゴニストが未知であっても、これらを使用してGPCRの脱感作を変化させる化合物を同定することができる。一旦同定されると、これらの化合物は、GPCR活性を調整することができ、GPCRに関連する1つまたは複数の疾患の治療に有用な薬物として有用であり得る。
【0167】
本発明の好ましい方法では、発現系および改変GPCRをコードする核酸を含み、細胞中で発現するGPCRが構成的に脱感作される細胞が得られる。これらの細胞は、GFPに結合するアレスチンをさらに含み得る。
【0168】
GPCR内在化を阻害する化合物の好ましい識別方法は、(a)GPCR、アレスチン、および改変GRKを含む細胞を得る工程と、(b)前記化合物に前記細胞を曝露する工程と、(c)前記GPCRまたはアレスチンの細胞分布を決定する工程と、(d)(1)前記化合物の存在下での細胞内の標識分子の位置と(2)前記化合物の非存在下での細胞内の標識分子の位置との相違をGPCR内在化の調整に相関させる工程とを含む。この方法の非限定的な例を、図4、5、6、および7ならびに実施例2、3、4、5、6、および7に記載する。
【0169】
上記の工程(a)のGRKは、GRK1、2、3、4、5、6、または任意の他のGRK(スプライス変異体、生物活性フラグメント、または改変GRKを含む)であり得る。GRKを過剰発現させることができ、そして/または発現は誘導性を示し得る。GRKは、CAAXモチーフを含み得る。
【0170】
上記方法では、アゴニストが得られても得られなくても良い。
【0171】
標識した分子の検出およびGPCRまたはアレスチンの細胞分布の識別方法を、以下に記載する。
【0172】
本発明で有用なGPCRには、公知のアゴニストを有するGPCR、アゴニストが知られていないGPCR、図1に列挙したGPCR、図3、4、5、6、および7に示すGPCR、クラスA GPCR、クラスB GPCR、味覚受容体、臭気物質受容体、オーファンGPCR、改変GPCR、米国特許出願番号10/054,616、09/993,844、10/095,620、10/101,235、09/631,468、10/141,725、10/161,916、09/469,554、09/772,644、60/393,789、および60/379,986(引用することにより本明細書の一部をなすものとする)に記載のGPCR、または上記GPCRの生物学的に活性なフラグメントが含まれるが、これらに限定されない。
【0173】
[タンパク質発現用のベクター、核酸、宿主細胞]
本発明は、過剰発現し、その発現が誘導性であるGRKを含む改変GRKに関する。
【0174】
改変GRKをコードする核酸が得られる。本発明は、これらのタンパク質の発現、過剰発現、および誘導性発現に関する。下記のように、ベクターに含まれる適切な発現系によって発現させることができる。
【0175】
本発明の1つの態様は、(1)改変GRKをコードする核酸と(2)GPCRが構成的に脱感作される、改変GRKの発現系との組み合わせに関する。改変GRKの発現系には、プロモーターまたは複製起点を含み得る。
【0176】
本発明の別の態様は、改変GPCR、改変GPCRをコードする核酸、および改変GPCR発現用の宿主細胞に関する。
【0177】
改変GPCRをコードする核酸が得られる。本発明は、これらのタンパク質の発現、過剰発現、および誘導性発現に関する。下記のように、ベクター中に含まれる適切な発現系によって、発現することができる。
【0178】
本発明の特徴は、本明細書中に開示のDNA配列の発現である。当該分野で周知のように、DNA配列を、適切な発現ベクター中、発現調節配列(expression control sequence)への作動可能な連結および適切な単細胞宿主を形質転換するための発現ベクターの使用によって発現することができる。形質転換DNAを、細胞ゲノムを作製する染色体DNAに組み込んでも(共有結合)組み込まなくても良い。
【0179】
本発明のDNA配列の発現調節配列へのこのような作動可能な連結には、勿論、既にDNA配列の一部ではない場合、DNA配列上流の正確な読み取り枠中の開始コドン(ATG)が含まれる。
【0180】
本発明のDNA配列の発現には、広範な種々の宿主/発現ベクターの組み合わせを使用することができる。有用な発現ベクターは、例えば、染色体配列、非染色体配列、および合成DNA配列のセグメントからなることができる。適切なベクターには、SV40の誘導体、公知の細菌プラスミド(E.coliプラスミドcolEI、pCR1、pBR322、pMB9、およびこれらの誘導体など)、RP4などのプラスミド、ファージDNAS(例えば、λファージの多数の誘導体(例えば、NM989)、および他のファージDNA(例えば、M13および糸状一本鎖ファージDNA))、酵母プラスミド(2μプラスミドまたはその誘導体)、真核細胞で有用なベクター(昆虫または哺乳動物細胞で有用なベクターなど)、プラスミドとファージDNAとの組み合わせ由来のベクター(ファージDNAまたは他の発現調節配列を使用するように改変されたプラスミドなど)などが含まれる。
【0181】
任意の広範な種々の発現調節配列(作動可能に連結したDNA配列の発現を調節する配列)は、本発明のDNA配列を発現するためのこれらのベクターで使用することができる。このような有用な発現調節配列には、例えば、SV40、CMV、ワクシニア、ポリオーマ、またはアデノウイルスの初期または後期プロモーター、lac系、trp系、TAC系、TRC系、LTR系、λファージの主要なオペレーターおよびプロモーター領域、被覆タンパク質の調節領域、3−ホスホグリセレートキナーゼまたは他の解糖酵素のプロモーター、酸性ホスファターゼのプロモーター(例えば、Pho5)、酵母α交配因子のプロモーター、および原核細胞または真核細胞またはそのウイルスの遺伝子発現を調節することが公知の他の配列、ならびにその組み合わせが含まれる。
【0182】
広範な種々の単細胞宿主細胞もまた、本発明のDNA配列の発現に有用である。これらの宿主には、周知の真核生物および原核生物宿主E.coli、Pseudomonas、Bacillus、Streptomycesなどの株、酵母などの菌類、植物細胞、線虫細胞、およびHEK−293、U2OS、CHO,RI.1、B−W、およびL−M細胞アフリカミドリザル腎細胞(例えば、COS1、COS7、BSC1、BSC40、およびBMT10)などの動物細胞、昆虫細胞(例えば、Sf9)、ならびに組織培養におけるヒト細胞および植物細胞を含み得る。本発明の1つの態様では、宿主細胞には、GRK−C20およびアレスチンが含まれる。本発明のさらなる態様では、宿主細胞には、GRK−C20、アレスチン、およびGPCRが含まれる。
【0183】
全てのベクターではないが発現調節配列および宿主は本発明のDNA配列を発現するように等しく機能すると理解される。全ての宿主が、同一の発現系を用いて等しく十分に機能するわけではない。しかし、当業者は、本発明の範囲を逸脱することなく所望の発現を達成するために過度の実験を行うことなく、適切なベクター、発現調節配列、および宿主を選択することができる。例えば、ベクターの選択では、ベクターは宿主中で機能しなければならないので、宿主を考慮しなければならない。ベクターのコピー数、コピー数を調節する能力、およびベクターによってコードされる任意の他のタンパク質(抗生物質マーカーなど)の発現もまた考慮する。
【0184】
発現調節配列の選択では、通常、種々の因子を考慮する。これらには、例えば、系の相対的強度、その調節性、および特に潜在的な二次構造を発現する得意呈のDNA配列との適合性が含まれる。適切な単細胞宿主を、例えば、選択したベクターとの適合性、分泌特性、タンパク質を性格に折りたたむ能力および発酵要件ならびに発現するDNA配列によってコードされるサンプルの宿主に対する毒性および発現産物の精製の容易さを考慮することによって選択する。
【0185】
これらおよび他の要因の考慮において、当業者は、発酵または大量動物培養において本発明のDNA配列を発現する種々のベクター/発現調節配列/宿主組み合わせを構築することができる。
【0186】
改変GRKアナログを、本発明の範囲内で誘導したタンパク質複合体/サブユニットのヌクレオチド配列から調整することができることがさらに意図される。フラグメントなどのアナログを、例えば、GRK物質のペプシン消化によって産生することができる。ムテインなどの他のアナログを、GRKコード配列の標準的な部位特異的変異誘発によって産生することができる。プロモーターまたはインヒビターのいずれかとして機能する小分子などの「GRK活性」を示すアナログを、公知のインビボおよび/またはインビトロアッセイによって同定することができる。
【0187】
上記のように、改変GRKをコードするDNA配列を、クローン化よりも合成によって調製することができる。GRKアミノ酸配列の適切なコドンを使用して、DNA配列をデザインすることができる。一般に、配列を発現に使用する場合、意図する宿主に好ましいコドンを選択する。完全な配列を、標準的な方法によって調製されたオリゴヌクレオチドの重複から構築し、完全なコード配列に構築する。例えば、Edge、Nature、292、756、1981;Nambairら、Science、223、1299、1984;Jayら,J.Biol.Chem.,259、6311、1984を参照のこと。
【0188】
合成DNA配列により、GRKアナログまたは「変異体」を発現する遺伝子を都合よく構築可能である。あるいは、ムテインをコードするDNAを、天然または改変GRK遺伝子またはcDNAの部位特異的変異誘発によって作製し、ムテインを従来のポリペプチド合成を使用して直接作製することができる。
【0189】
非天然アミノ酸のタンパク質への一般的な部位特異的組み込み法は、ChristopherJ.Noren、Spencer J.Anthony−Cahill,Micheal C.Griffith,Peter G.Schultz,Science,244,182〜188,1984年4月に記載されている。この方法を使用して、非天然アミノ酸でアナログを作製することができる。
【0190】
精製での一助とするためのエピトープタグまたは配列などのさらなるモチーフを、改変GRKまたは改変GPCRをコードする核酸に組み込むことができる。好ましくは、モチーフをコードする核酸は、タンパク質のNまたはC末端にモチーフを存在させる、核酸の5’または3’末端に存在し得る。
【0191】
[接合体(The conjugates)]
本発明のアッセイ法で使用される細胞は、アレスチンタンパク質と検出可能な分子との接合体を含み得る。本発明の細胞および方法では、細胞はまた、本発明の改変GPCRと検出可能な分子との接合体を含み得る。
【0192】
全ての型のアレスチン(視覚アレスチン、網膜錐体アレスチン、βアレスチン1、およびβアレスチン2を含む天然に存在するアレスチンおよび操作変異体)を、本発明で使用することができる。本発明の改変GPCRは、全ての型のアレスチンと検出可能なレベルで相互作用することができる。
【0193】
アレスチンとの結合に使用することができる検出可能な分子には、分光学、光化学、生化学、免疫化学、電気的、放射性、および光学的手段(生物発光、リン光、および蛍光が含まれるが、これらに限定されない)によって検出可能な分子が含まれるが、これらに限定されない。検出可能な分子には、GFP、ルシフェラーゼ、β−ガラクトシダーゼ、ローダミン結合抗体などが含まれるが、これらに限定されない。検出可能な分子には、放射性同位元素、エピトープタグ、親和性標識、酵素、蛍光発光団、化学発光団などが含まれる。検出可能な分子には、他の分子との相互作用の関数として間接的または直接検出される分子が含まれる。これらの検出可能な分子は、生体適合分子であるはずであり、アレスチンのGPCR系と相互作用する能力を妨害すべきでなく、アレスチンのGPC系との相互作用は、検出可能な分子の検出能力妨害してはならない。好ましい検出可能な分子は、蛍光、リン光、または生物発光を放射するために化学的、機械的、電気的、または放射性に励起することができるような光学的に検出可能なタンパク質を含む光学的に検出可能な分子である。より好ましい検出可能な分子は、本質的に蛍光性の分子(例えば、緑色蛍光タンパク質(GFP)を含む蛍光タンパク質など)である。検出可能な分子を、Barakらが記載の方法(米国特許第5,891,646号および同第6,110,693号)によってアレスチンタンパク質と接合することができる。検出可能な分子を、アレスチンのフロントエンド、バックエンド、またはその中央で、接合させることができる。
【0194】
GPCRおよびその生物活性フラグメントを、検出可能な分子に接合することもできる。好ましくは、GPCRのカルボキシル末端を、検出可能な分子に接合する。検出可能な分子に接合または連結したカルボキシル末端テールを、検出可能に標識したGPCRを得るためにカルボキシル末端テール交換で使用することができる。
【0195】
GPCRが検出可能な分子と結合する場合、GPCRのアレスチンとの近さを容易に検出することができる。さらに、GPCRを検出可能な分子と接合体である場合、GPCRのアレスチンとの区画化を容易に確認することができる。GPCRとの結合に使用される検出可能な分子には、例えば、蛍光、リン光、または生物発光を放射するために化学的、機械的、電気的、または放射性に励起することができるような光学的に検出可能な分子を含む、上記の分子を含み得る。好ましい光学的に検出可能な分子を、免疫蛍光、発光、蛍光、およびリン光で検出することができる。
【0196】
例えば、GPCRは、免疫蛍光分子と結合した抗体で標識された抗体であるか、GPCRは、蛍光ドナーと結合することができる。特に、GPCRを、例えば、ルシフェラーゼ(例えば、Renillaルシフェラーゼ)またはローダミン結合抗体(例えば、ローダミン結合抗HAマウスモノクローナル抗体)と結合することができる。好ましくは、GPCRのカルボキシ末端テールを、蛍光ドナー(例えば、ルシフェラーゼ)と結合することができる。L.S.Barakら、「機能的にインタクトなβアドレナリン作動性受容体−緑色蛍光タンパク質接合体の内部輸送および表面移動性」、Mol.Pharm.、1997、51、177〜184に記載のように、GPCR、好ましくはカルボキシ末端テールを、GFPに結合することもできる。
【0197】
[細胞型および基質]
本発明の細胞は、少なくとも1つの本発明の改変GPCRを発現することができる。細胞は、アレスチンタンパク質と検出可能な分子との接合体をさらに含み得る。有用な細胞には、原核細胞および真核細胞(細菌細胞、酵母細胞、真菌細胞、昆虫細胞、線虫細胞、植物細胞、および動物細胞が含まれるが、これらに限定されない)が含まれる。適切な動物細胞には、HEK−293細胞、U2OS細胞、HeLa細胞、COS細胞、および種々の初代哺乳動物細胞が含まれるが、これらに限定されない。組織のいたるところまたは特定の型の器官または組織中でアレスチンと検出可能な分子との接合体を発現する動物モデルも使用することができる。
【0198】
本発明の細胞は、エンドサイトーシス小胞またはエンドソームにGPCRがアゴニストに非依存的に局在化する1つの改変タンパク質を発現することができる。
【0199】
基質は、本発明の複数の細胞上に蓄積することができた。基質は、任意の生体基質(ガラス、プラスチック、セラミック、半導体、シリカ、光ファイバー、ダイヤモンド、生体適合性モノマー、または生体適合性ポリマー材料が含まれるが、これらに限定されない)であり得る。
【0200】
[検出方法]
検出可能に標識したアレスチンの細胞内の位置、検出可能に標識したGPCRの細胞内の位置、検出可能に標識したアレスチンの相互作用、GPCRまたは他の任意の細胞構造(例えば、細胞膜でのアレスチンまたはGPCRの密集、エンドソーム中でのアレスチンとGPCRの同時局在化、およいbクラスリンコートピット中のアレスチンまたはGPCRの密集などを含む)を有するGPCR/アレスチン複合体の他のメンバーを検出する方法は、使用した検出可能な分子に依存して変化する。
【0201】
当業者は、使用した検出可能な分子に適切な検出方法を案出することができる。光学的に検出可能な分子については、蛍光、生物発光、またはリン光の変化を放射光の再配分または再方向付けによって測定することができる任意の光学的方法を使用することができる。このような方法には、例えば、偏光顕微鏡、BRET、FRET、エバネッセント波励起顕微鏡、ならびに標準的な顕微鏡または鏡焦点顕微鏡が含まれる。
【0202】
好ましい実施形態では、アレスチンを、GFPに接合することができ、アレスチン−GFP接合体を、鏡焦点顕微鏡で検出することができる。別の好ましい実施形態では、アレスチンをGFPに接合し、GPCRを免疫蛍光分子に接合し、接合体を鏡焦点顕微鏡で検出することができる。さらに好ましい実施形態では、アレスチンをGFPに結合し、GPCRのカルボキシ末端をルシフェラーゼに結合し、接合体を生物発光共鳴放射技術によって検出することができる。さらに好ましい実施形態では、アレスチンをルシフェラーゼに接合し、GPCRをGFPに結合し、接合体を生体は抗共鳴放出技術によって検出することができる。本発明の方法は、GPCR活性の検出を指示する。本発明の方法により、GPCR経路の同時モニタリングを向上させる。
【0203】
好ましい実施形態では、検出可能な分子の局在パターンを同定する。好ましい実施形態では、検出可能な分子の局在パターンの変化を同定することができる。局在パターンは、検出可能な分子の細胞分布を示し得る。一定の検出法は、2001年3月13日に提出された米国特許仮出願番号60/275,339の優先権を主張する2002年3月12日提出の米国と仮出願番号10/095,620(引用することにより本明細書の一部をなすものとする)に記載されている。
【0204】
分子を、抗体などの別の検出可能に標識された分子との相互作用によって検出することもできる。
【0205】
[試験キット]
本発明のさらなる実施形態では、GPCR活性の調整に有効な潜在的薬物のスクリーニングアッセイ系を含む市販の試験キットを準備することができる。試験キットには、本明細書中に記載の細胞、核酸、またはタンパク質を含み得る。試験キットを使用して、本明細書中に記載の任意の方法を行うことができる。目的のGPCRを、試験キットの宿主細胞に導入することができる。試験キットは、GPCRが原形質膜で発現するか、リン酸化もしくは非リン酸化GPCRがアレスチンに結合するか、またはリン酸化もしくは非リン酸化GPCRが内在化しているかの識別に有用であり得る。試験キットは、目的のGPCRの脱感作を変化させる化合物の識別に有用であり得る。
【0206】
GPCRを試験系に導入することができ、予想される薬物を得られた細胞培養株に導入することができ、その後培養株を細胞中のGPCR活性(例えば、シグナル伝達、再利用、アレスチンに対する親和性など)の任意の変化を観察するために試験した。
【0207】
本発明の好ましい実施形態をより完全に例示するために、以下の実施例を示す。しかし、実施例は、本発明の範囲を制限するものであると解釈すべきでない。
【0208】
(実施例)
[実施例1]
[実験手順]
本発明者らは、発現ベクターpcDNA3.1zeo+(Invtrogen)にウシGRK−C20cDNA(Ingleseら、Nature、1992)をサブスクリーニングした。このcDNAの発現により、カルボキシル末端に結合したCAAXモチーフ(Cはシステインであり、Aは小さな脂肪族残基であり、Xは荷電していないアミノ酸)を有するGRK2が産生される。GRK2、CVLLの末端に結合した特異的CAAXモチーフは、このタンパク質のゲラニルゲラニル化(C20イソプレニル化)を指示する。GRK2のカルボキシル末端への20炭素のゲラニルゲラニル脂質基の酵素指向性共有結合により、原形質膜に局在する(Ingleseら、Nature、1992)。
【0209】
[細胞培養]
ヒト胎児腎臓(HEK−293)細胞を、アメリカンタイプカルチャーコレクション(ATCC)から購入し、10%(v/v)の熱不活化ウシ胎児血清およびゲンタマイシン(100μg/ml)を補足したイーグル最小必須培地(EMEM)中で増殖させた。アレスチン−GFPを安定に発現するHEK−293細胞(HEK293−ArrGFP)を、G418選択(0.4mg/ml)を使用した標準的な手順によって作製した。HEK−293細胞を、アレスチン−GFP、目的のGPCR、およびGRK2−20で一過性にトランスフェクトした。平衡して行うコントロール実験のために、HEK−293細胞を、アレスチン−GFPを使用し、目的のGPCRを使用し、GRK2−20を使用しないで一過性にトランスフェクトした。HEK−293細胞を、アレスチン−GFPを使用し、目的のGPCRおよびGRK2−20を使用して一過性にトランスフェクトした。並行して行うコントロール実験のために、アレスチン−GFPでトランスフェクトしたHEK293細胞を、目的のGPCRを使用し、GRK2−C20を使用しないでトランスフェクションした。全てのトランスフェクションを、前述のリン酸カルシウム沈殿法によって行った(Oakleyら、1999)。トランスフェクション後、細胞を、培養培地(10%のFCSおよび10μg/mlのゲンタマイシンを補足したEMEM)中で約24時間維持した。次いで、細胞を35mmのガラス底皿(MatTek)にプレートし、さらに16〜24時間インキュベートした。形質転換GPCRを、公知のGPCR(天然のリガンドが既知の受容体)およびオーファンGPCR(天然のリガンドが未だ同定されていない受容体)とインキュベートした。
【0210】
[鏡焦点顕微鏡]
トランスフェクトHEK−293細胞を、35mmのガラス底皿(MatTek)にプレートし、一晩インキュベートした。翌日、培地を除去し、10mMのHEPESを補足した無血清培地と置換し、さらに37℃で1時間インキュベートした。次いで、アレスチン−GFPの分布を、Zeissレーザー走査共焦点顕微鏡(LSM 5 Pascal)を使用して評価した。単線(singleline)励起(488nm)およびLP505放射フィルターを使用して、生細胞から63倍のオイル対象物(oil objective)を含む画像が得られた。
【0211】
[実施例2]
[改変GRKの発現の際の公知のGPCRのアゴニスト非依存的脱感作]
本発明は、アレスチン−GFPを発現する細胞中の原形質膜で発現するGRK2−C20(Ingleseら、Nature、192)の過剰発現がリガンドの非存在下でアレスチン−GFPのGPCRへの結合を促進することを同定した。
【0212】
アレスチン−GFPでトランスフェクトしたHEK293細胞を、GRK2−C20を用いるか用いないで目的のGPCRで一過性にトランスフェクトした。共焦点顕微鏡を使用して、アレスチン−GFPの分布を決定した。クラスリンコートピット、エンドサイトーシス小胞、エンドソーム、または脱感作経路の他の段階でのアレスチン−GFPの脱感作は、GPCRへのアレスチン−GFP結合を示した。したがって、GPCRへのアレスチン−GFPの結合によって視覚化されたGPCRの脱感作を分析した。
【0213】
アゴニストの非存在下では、アレスチン−GFPは、GRK2−20Cおよびカンナビノイド2型受容体(CB2R)のいずれかを発現する細胞中の原形質膜で小さなくぼみ(おそらく、クラスチンコートピット)に局在化した(図4)。さらに、アゴニストの非存在下では、アレスチン−GFPは、GRK2−C20およびアンギオテンシンII IA型受容体(AT1AR)、バソプレシンV2受容体(V2R)(図4)、またはニューロキニン1/基質P受容体(NK−1またはSPR)のいずれかを発現する細胞中のエンドサイトーシス小胞中に局在した。各受容体(CB2R、AT1AR、V2R、またはSPR)を発現するが、GRK2−C20を欠くコントロール細胞では、アレスチン−GFPは、細胞質中で散らばって発現し、原形質膜でのピットまたは細胞内小胞中で任意の有意な範囲に局在しなかった(図4)。
【0214】
[実施例3]
[改変GRK発現の際のオーファンGPCRのアゴニスト非依存的脱感作]
本発明は、アレスチン−GFPを発現する細胞中の原形質膜で発現するGRK2−C20(Ingleseら、Nature、192)の過剰発現がリガンドの非存在下でアレスチン−GFPのGPCRへの結合を促進することを同定した。
【0215】
上記のように、アレスチン−GFPで一過性にトランスフェクトしたHEK293細胞を、目的のGPCRを使用し、かつGRK2−C20を使用するか使用しないで一過性にトランスフェクトした。共焦点顕微鏡を使用して、アレスチン−GFPの分布を決定した。クラスリンコートピット、エンドサイトーシス小胞、エンドソーム、または脱感作経路の他の段階でのアレスチン−GFPの脱感作は、GPCRへのアレスチン−GFP結合を示した。したがって、GPCRへのアレスチン−GFPの結合によって視覚化されたGPCRの脱感作を分析した。
【0216】
アゴニストの非存在下では、アレスチン−GFPは、オーファン受容体GPR55を発現する細胞中の原形質膜で小さなくぼみ(おそらく、クラスチンコートピット)に局在化した(図7)。GPR55を発現するがGRK2−C20を欠くコントロール細胞では、アレスチン−GFPは、細胞質中で散らばって発現し、原形質膜でのピットまたは細胞内小胞中で任意の有意な範囲に局在しなかった(図7)。他のオーファンGPCRを、以下に記載する。
【0217】
[実施例4]
[GPCRのアレスチン結合能力を分析する方法]
本発明者らは、目的のGPCRが原形質膜で発現するかどうかを識別する方法を開発した。好ましくは、オーファンGPCRの発現を、本明細書中に記載のアゴニストに非依存的な様式でGPCRが脱感作する宿主細胞において分析することができる。
【0218】
上記のように、アレスチンGFPで一過性にトランスフェクトしたHEK293細胞を、目的のGPCRを使用し、且つGRK2−C20を使用するか使用しないで一過性にトランスフェクトした。共焦点顕微鏡を使用して、アレスチン−GFPの分布を決定した。クラスリンコートピット、エンドサイトーシス小胞、エンドソーム、または脱感作経路の他の段階でのアレスチン−GFPの脱感作は、GPCRへのアレスチン−GFP結合を示した。したがって、GPCRへのアレスチン−GFPの結合によって視覚化されたGPCRの脱感作を分析した。
【0219】
一定のGPCRは、上記のように、クラスリンコートピット、エンドサイトーシス小胞、エンドソーム、または脱感作経路の他の段階で局在化した。アレスチン結合は脱感作経路でその後局在化されることが必要であるので、この局在化はGPCRがアレスチンに結合する能力を有することを示す。アレスチンに結合しないGPCRは、脱感作経路に入ることも局在化もされない。アレスチンに結合しないGPCRを、アレスチンに結合するように変化させることができる。本発明者らは、下記のように、一定のGPCRを、アレスチン親和性が増強するように改変した。
【0220】
[実施例5]
[GPCRのアレスチン結合能力を増加する方法]
本発明者らは、そのアレスチンへの結合を増強するためにGPCRを改変した。これらの改変は、米国特許出願09/93,844に記載されている。GPCRを、そのC末端テールでGRKによってより良好にリン酸化されるように改変した。これらの改変およびリン酸化GPCRにより、アレスチンへの結合が増強された。内在化の増加を証明した。文字E(増強リン酸化)を、この様式で改変したGPCRの名前の末端に添加する。
【0221】
改変GPCR構築物を、標準的なプロトコールに従ったポリメラーゼ連鎖反応によって作製し、これはHAエピトープを含んでいる。推定パルミトイル化部位の後でGPCRおよびV2Rのカルボキシ末端テールが他の配列(one for the other)交換された(図3)キメラ受容体を構築した。DNA構築物の配列を、DNA配列決定で確認した。
【0222】
目的のGPCRの核酸を、V2Rカルボキシル末端に融合されたNRXYの10〜25アミノ酸(好ましくは15〜20)下流のシステイン残基(推定パルミトイル部位)のコドンの直後にNotI制限酵素部位(gcggccgc)を移入したプライマーでPCR増幅した。次いで、増幅レセプターDNAフラグメントを、NotI制限酵素部位および受容体atg開始コドンの上流にさらなる制限酵素部位を使用してpEArrB−1ベクター(米国特許出願第09/993,844)にサブクローン化した。発現した場合、改変GPCRは、受容体カルボキシル末端に融合した31アミノ酸ペプチドを含む。第1の2つのアミノ酸は、NotI部位によるAla残基であり、最後の29アミノ酸は、V2Rカルボキシル末端に由来する。
【0223】
本発明者らは、上記および米国特許出願第09/993,844に記載の以下の受容体のカルボキシル末端テールを改変した。β2アドレナリン作動性受容体(β2ARE)、ドーパミンD1A受容体(D1ARE)、muオピオイド受容体(MORE)、オーファンGRK3(GPR3E)、オーファンGRK6(GPR6E)、オーファンGRK12(GPR12E)、オーファンGRK7(GPR7E)、オーファンGRK8(GPR8E)、オーファンGRK55(GPR55E)、オーファンGRKB2(GPRB2E)、およびオーファンGRKB3(GPRB3E)。「E」は、「アレスチン結合の増強」を示す。アゴニストの非存在下では、アレスチンGFPは、GRK2−C20と同時発現した場合、上記の各改変GPCRについてエンドサイトーシス商法に局在した(図4、5、6、および7)。これらのいくつかの改変レセプターについて(オーファンGPR6E)、GRK2−C20を欠く調節細胞中の細胞内小胞中に少量であるが有意な量のアレスチン−GFPの局在が認められた(図5)。しかし、これらの受容体でのGRK2−C20の過剰発現により、この反応の顕著な増加を促進した(図5)。これらの改変GPCR、野生型配列、およびHAタグ化改変GPCRのアミノ酸および核酸配列を、図3および配列番号35〜90に示す。
【0224】
[実施例6]
[目的のGPCRが原形質膜で発現するかどうかを識別する方法]
本発明者らは、目的のGPCRが原形質膜で発現するかどうかを同定する方法を開発した。
【0225】
アレスチン−GFPで一過性にトランスフェクトしたHEK293細胞を、目的のGPCRを使用し、且つGRK2−C20を使用するか使用しないで一過性にトランスフェクトした。共焦点顕微鏡を使用して、アレスチン−GFPの分布を決定した。クラスリンコートピット、エンドサイトーシス小胞、エンドソーム、または脱感作経路の他の段階でのアレスチン−GFPの脱感作は、GPCRへのアレスチン−GFP結合を示した。したがって、GPCRへのアレスチン−GFPの結合によって視覚化されたGPCRの脱感作を分析した。
【0226】
一定のGPCRは、上記のように、クラスリンコートピット、エンドサイトーシス小胞、エンドソーム、または脱感作経路の他の段階で局在化した。原形質膜発現は脱感作経路でその後局在化されることが必要であるので、この局在化はGPCRが原形質膜で発現することを示す。原形質膜で発現しないGPCRは、脱感作経路に局在化しない。原形質膜で発現しないGPCRを、原形質膜で発現するように変化させることができる。例えば、GPCRの発現を変化させるか、GPCRのアミノ酸配列を変化させるか、GPCRを別の宿主細胞に移入することができる。
【0227】
[実施例7]
[GPCR変異体の脱感作のモニタリング]
GPCR変異体を含む細胞中の脱感作をモニターすることができる。GPCR変異体の脱感作は、GRK過剰発現に依存し得る。
【0228】
点変異を含むヒトβAR−E−Y326Aを含むベクター(チロシン残基326がアラニンに変換されている)を、改変することができるアレスチン−GFPおよびGRKを発現する細胞にトランスフェクトする。「E」は、上記のようにGPCRが改変されていることを示す。Y326変異体は、GPCRをリン酸化およびその後の脱感作のための過剰発現GRK依存性にする。βAR−Y326Aアゴニストの非存在下でGRK−C20の発現の際に脱感作する。GRKの発現を変化させることができ、これには、誘導プロモーター、複製起点などの複製調節機構を使用して細胞中のGRK核酸量を変化させる方法、細胞中のベクターの量を手動で変化させる方法を含む。
【0229】
細胞を、96ウェルまたはそれ以上の密度のプレートに播種し、一晩インキュベートする。翌朝、誘導系のアクチベーターまたは賦形剤のみをウェルに添加して、GRKまたは改変GRKの過剰発現を誘導する。GRKを発現する細胞にアゴニストを添加する。
【0230】
次いで、アレスチン−GFPの内在化を変化させるかを調査するために、目的の化合物をウェルに添加する。次いで、細胞を、2%のパラホルムアミドで固定し、アレスチン−GFPのトランスロケーション量を、画像分析システムを使用して測定する。
【0231】
本発明を、種々の特定の材料、手順、および実施例を参考にして本明細書中に例示しているが、本発明は特定の材料の組み合わせおよびこの目的のために選択した手順に限定されないことが理解される。当業者に認識されるように、このような項目の多数の変形形態を意図し得る。
【0232】
以下は、上記の開示ならびに特に実験手順および考察に関する書類のリストである。以下の書類および上記明細書中で参照された任意の書類を、引用することにより本明細書の一部をなすものとみなすべきである。
【表1】

Figure 2004248506
【表1(つづき)】
Figure 2004248506

【図面の簡単な説明】
【図1A】本発明で使用することができるGPCRのリストである。
【図1B】本発明で使用することができるGPCRのリストである。
【図1C】本発明で使用することができるGPCRのリストである。
【図2】本発明で使用することができるGRKのリストである。一定のGRKのアミノ酸配列および核酸配列を示す。GRK2−C20(改変GRK)のアミノ酸配列および核酸配列を示す。
【図3】アレスチンに対する親和性が増強されたGPCRのリストである。アミノ酸配列および核酸配列を示す。
【図4】GRK2−C20の存在下でのアレスチンGFPのGPCRへのアゴニスト非依存的トランスロケーションを示す図である。
【図5】GRK2−C20の存在下でのアレスチンGFPのGPCRへのアゴニスト非依存的トランスロケーションを示す図である。
【図6】GRK2−C20の存在下でのアレスチンGFPのGPCRへのアゴニスト非依存的トランスロケーションを示す図である。
【図7】GRK2−C20の存在下でのアレスチンGFPのGPCRへのアゴニスト非依存的トランスロケーションを示す図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to assays for GPCR desensitization in an agonist-independent manner, host cells useful for such methods, methods for identifying compounds that alter GPCR desensitization, identified compounds, and diseases. It relates to the use of these compounds in therapy.
[0002]
[Prior art]
G protein-coupled receptors (GPCRs) are cell surface proteins that translate hormone or ligand binding into intracellular signals. GPCRs are found in all animals, insects, and plants. GPCR signaling plays a central role in regulating a variety of physiological functions including light signaling, smell, neurotransmission, vascular tone, cardiac output, digestion, pain, fluid and electrolyte balance. Despite these being related to many physiological functions, GPCRs share many common features. These include seven membrane domains that are cross-linked by alternating intracellular and extracellular loops and intracellular carboxyl-terminal tails of various lengths.
[0003]
GPCRs are used in a number of disease states (angina, essential hypertension, myocardial infarction, supraventricular and ventricular arrhythmias, congestive heart failure, atherosclerosis, renal failure, diabetes, respiratory indications (such as asthma) ), Chronic bronchitis, bronchospasm, emphysema, airway obstruction, upper respiratory indications (rhinitis, etc.), seasonal allergies, inflammatory diseases, inflammation in the injury reaction, rheumatoid arthritis, chronic inflammatory bowel disease, glaucoma, anti- Gastrinemia, gastrointestinal indications (acid / digestive disorders, etc.), erosive esophagitis, gastrointestinal hypersecretion, mastocytosis, gastrointestinal reflux, peptic ulcer, Zollinger-Ellison syndrome, pain, obesity, nervous gluttony Disorders, depression, threatening disorders, organ malformations (eg, heart malformations), neurodegenerative diseases (such as Parkinson's disease and Alzheimer's disease), multiple sclerosis, Epstein-Barr infection, and cancer. Murrell is associated with but not limited to).
[0004]
The magnitude of the physiological response regulated by a GPCR is related to the balance between GPCR signaling and signal termination. GPCR signaling is regulated by a family of intracellular proteins called arrestins. Arrestin binds to activated GPCRs, including those that are agonist activated and especially those that are phosphorylated by G protein-coupled receptor kinase (GRK).
[0005]
Receptors, including GPCRs, have historically been targeted for drug discovery and therapeutics because they bind ligands, hormones, and drugs with high specificity. Approximately 15% of the therapeutics used today are directly targeted or interact with GPCRs. See, for example, Jurgen Drews, 2000, "Drug Discovery: A Historical Perspective", Science, 287, 1960-1964.
[0006]
There is a need for an accurate and easy to interpret method of G protein-coupled receptor activity and an assay for GPCR activity. One method disclosed in U.S. Patent Nos. 5,891,646 and 6,110,693 to Barak et al., Which is incorporated herein by reference, A conjugate of arrestin and a detectable molecule is used.
[0007]
Although only a few hundred human GPCRs are known, it is estimated that thousands of GPCRs are present in the human genome. Of these known GPCRs, many are orphan receptors that are not yet associated with a ligand.
[0008]
Most existing methods of identifying GPCR antagonists rely on the presence of an agonist. Compound identification assays that prevent the action of GPCRs typically require that the GPCRs be first activated to identify interfering compounds. For receptors with known agonists, these agonists are currently being used to activate these receptors. However, many GPCRs are orphan receptors without known ligands or agonists.
[0009]
The agonist dependence of GPCR assays continues to be problematic, as antagonist discovery of orphan receptors typically relies on prior discovery of agonists or ligands. An agonist-independent screening method for a compound that alters GPCR desensitization can eliminate (1) an agonist addition step in the screening method and (2) identify a compound that alters orphan receptor desensitization It becomes. Agonist-independent methods eliminate the step of identifying an orphan receptor agonist prior to screening for compounds that alter orphan receptor desensitization.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention relates to methods for identifying compounds that alter GPCR internalization.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A first aspect of the present invention is a method for identifying a compound that alters the internalization of a GPCR, comprising: (a) a cell containing a GPCR, an arrestin, and a modified GRK, wherein the GPCR expresses the GRK; Obtaining a cell characterized in that it is at least partially internalized in an agonist-independent manner; (b) exposing the cell to the compound; and (c) exposing the GPCR, arrestin, or Determining the cellular distribution of the modified GRK; (d) (1) the cellular distribution of the GPCR, arrestin, or modified GRK in cells in the presence of the compound and (2) the cellular distribution of the modified GRK in the absence of the compound. Monitoring the difference of the GPCR, arrestin, or modified GRK from the cell distribution in the cells. An agonist cannot be obtained by the above method. In this way, the difference between (1) and (2) in step (d) may indicate a modulation of GPCR internalization.
[0012]
GRKs can be overexpressed, the expression of which is inducible and can include a CAAX motif. The GRK can be GRK1, GRK2, GRK3, GRK4, GRK5, GRK6, or a biologically active fragment thereof.
[0013]
GPCRs can be modified such that phosphorylation is enhanced by GRK. GPCR is β 2 AR (Y326A), a GPCR listed in FIG. 1, an orphan GPCR, a modified GPCR, a taste receptor, a class A GPCR, a class B GPCR, a mutant GPCR, or a biologically active fragment thereof.
[0014]
The arrestin may be visual arrestin, cone arrestin, β arrestin 1, β arrestin 2, or a biologically active fragment thereof.
[0015]
GPCRs, GRKs, and arrestins can be detectably labeled. Molecules associated with desensitization can be detectably labeled, or molecules that interact with molecules associated with desensitization can be detectably labeled.
[0016]
In a further aspect, the present invention is a method for identifying a compound that alters phosphorylation of a GPCR, comprising: (a) obtaining a cell comprising a GPCR and GRK; and (b) exposing the cell to the compound. (C) identifying whether GRK phosphorylation of a GPCR is altered in the presence of said compound.
[0017]
The cellular distribution of the GPCR or GRK can be determined. The difference between (1) the cellular distribution of GPCR or GRK in cells in the presence of the compound and (2) the cellular distribution of GPCR or GRK in cells in the absence of the compound can be monitored. The difference between (1) and (2) can be correlated with GPCR phosphorylation.
[0018]
GRK was not present in the plasma membrane, which may indicate that GRK phosphorylation of the GPCR has changed. The phosphorylation status of the GPCR can be identified. GRK activity can be identified. The internalization ability of the GPCR can be identified.
[0019]
In a further aspect, the invention provides a method of identifying whether a GPCR is expressed at the plasma membrane, comprising: (a) a cell comprising a GPCR, arrestin, and GRK, wherein said arrestin is detectably labeled. (B) determining the cell distribution of the arrestin; and (c) correlating the cell distribution of the arrestin with the ability of the GPCR to express at the plasma membrane. A method comprising: Arrestin can be located in vesicles, pits, endosomes, or elsewhere in the desensitization pathway.
[0020]
Further, the present invention is a method for identifying whether a GPCR is expressed at the plasma membrane, comprising: (a) a GPCR, a GRK, and a cell containing the GRK, wherein the GRK is detectably labeled. Obtaining a cell characterized by the following steps: (b) determining the cell distribution of the GRK; and (c) correlating the cell distribution of the GRK with the ability of the GPCR to be expressed at the plasma membrane. For further methods. GRK may be located at the plasma membrane.
[0021]
In a further aspect, the present invention is a method for analyzing the arrestin binding capacity of a GPCR, comprising: (a) a cell comprising a GPCR, arrestin, and GRK, wherein said arrestin is detectably labeled. (B) determining the cell distribution of the arrestin; and (c) correlating the cell distribution of the arrestin with the arrestin binding ability of a GPCR. Arrestin or GPCRs can be located in vesicles, pits, or endosomes.
[0022]
In a further aspect, the invention relates to a compound identified by the method of the invention.
[0023]
In a further aspect, the invention provides a method of treating a disease by modulating the desensitization of a GPCR in a host cell, comprising: (a) obtaining a compound identified by the method of the invention; Administering the compound to a host.
[0024]
Another aspect of the invention pertains to a host cell comprising a GPCR and a modified GRK. GRKs can be inducible or overexpressed. The host cell can further include arrestin, and the arrestin can be detectably labeled. A GPCR, GRK, another molecule associated with desensitization, or a molecule that interacts with a molecule associated with desensitization can be detectably labeled.
[0025]
A further aspect of the present invention is a method of modifying a nucleic acid encoding GRK that is constitutively internalized by a GPCR, comprising: (a) obtaining a nucleic acid encoding GRK; and (b) a nucleic acid encoding the GRK. Modifying the encoded GRK to include a CAAX motif, wherein the modified GRK phosphorylates a GPCR in the presence of an agonist, and (c) expressing the modified GRK in a cell. Involving methods. The nucleic acid encoding GRK may include SEQ ID NOs: 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, or 34.
[0026]
The invention also relates to kits for identifying compounds that modulate GPCR internalization, including host cells containing GPCRs and modified GRKs.
[0027]
In a further aspect, the invention includes a NPXXXY motif and a carboxyl terminal tail, wherein the carboxyl terminal tail comprises a putative palmitoylation site and one or more phosphorylation clusters, and wherein the carboxyl terminal tail is derived from a second GPCR. A second GPCR comprising one or more phosphorylation clusters, wherein the second GPCR comprises one or more phosphorylation clusters, wherein the second GPCR comprises one or more phosphorylation clusters, wherein the second GPCR comprises one or more phosphorylation clusters; A modified GPCR further comprising a second putative palmitoylation site 25 amino acid residues downstream. The first GPCR may be a class A receptor. The first GPCR can be hGPR3, hGPR6, hGPR12, hSREB2, hSREB3, hGPR8, or hGPR22. The second GPCR may be a class B receptor. The class B receptor can be selected from the group consisting of a vasopressin V2 receptor, a neurotensin 1 receptor, a substrate P receptor, and an oxytocin receptor.
[0028]
The present invention relates to nucleic acids encoding modified GPCRs. The present invention relates to SEQ ID NOs: 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 88, and 90. The invention also includes an expression vector comprising the nucleic acid. Also included are host cells containing the vector or nucleic acid.
[0029]
In a further aspect, the invention is a method of screening a compound for GPCR activity, comprising: (a) obtaining a cell expressing at least one modified GPCR, wherein the cell is conjugated to a detectable molecule ( conjugate to) arrestin, (b) exposing the cells to the compound, (c) detecting the location of arrestin in the cells, and (d) intracellularly in the presence of the compounds. Comparing the position of arrestin with the position of arrestin in the cell in the absence of the compound; (e) (1) the position of arrestin in the cell in the presence of the compound; Correlating the difference with the location of arrestin in the cell in the absence of the compound. Arrestin can be detected in endosomes, endocytic vesicles, or pits.
[0030]
A further aspect of the invention modulates the activity of a GPCR, comprising a cell expressing at least one modified GPCR, wherein said cell further comprises a molecule associated with desensitization conjugated to a detectable molecule. It is a kit for identifying molecules.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The objects and advantages of the present invention will be understood by reading the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings.
[0032]
According to the present invention, conventional molecular biology, microbiology, immunology, and recombinant DNA techniques within the skill of the art can be used. Such techniques are explained fully in the literature. See, for example, Sambrook et al., "Molecular Cloning: An Experimental Manual", Third Edition, 2001; "Modern Molecular Biology Protocols", Volumes I-IV, Ausubel, R .; M. Ed., 2002 (revised every other month); Cell Biology: An Experimental Handbook, Volumes I-III, J. Am. E. FIG. Ed. Cellis, 1994; "Modern Immunology Protocol", Volumes I-IV, Coligan, J. et al. E. FIG. Ed., 2002 (revised every other month); J. Gait, 1984; "Nucleic acid hybridization", B.A. D. Hames & S.M. J. Higgins eds., 1985; D. Hames & S. J. Higgins eds., 1984; "Animal Cell Culture, 4th Edition", R.M. I. Freshney ed., 2000; "Fixed cells and enzymes", IRL Press, 1986; Perbal, "Molecular Cloning Practice Guide", 1988; "Using Antibodies: Experimental Manual: Portable Protocol", Volume 1, Harlow Ed and Lane, David, Cold Spring Harbor Press, 1998; "Using Antibodies: Experimental Manual", Harlow Ed and Lane, David, Cold Spring Harbor Press, 1999; "G-protein coupled receptors"; See Haga et al., 1999.
[0033]
Unless defined otherwise, the following terms used in the specification and claims have the following meanings.
[0034]
A “replicon” is any genetic element (eg, a plasmid, chromosome, virus) that functions as an autonomous unit of DNA replication in vivo (ie, capable of replicating under its own control).
[0035]
A “vector” is a replicon, such as a plasmid, phage, cosmid, or the like, into which another DNA segment can be ligated so that the ligated segment can replicate.
[0036]
"DNA molecule" refers to a polymeric deoxyribonucleotide (adenine, guanine, thymine, or cytosine), either in single-stranded form or double-stranded helix. The term refers only to the primary and secondary structure of the molecule and is not limited to any particular tertiary structure. Thus, the term includes double-stranded DNA found, inter alia, in linear DNA (eg, restriction fragments), viruses, plasmids, and chromosomes. Consideration of a particular double-stranded DNA molecule follows the general convention of showing only the 5 ′ → 3 ′ sequence along the non-transcribed strand of DNA (ie, the strand having a sequence homologous to mRNA). The sequence can be described therein.
[0037]
"Origin of replication" refers to a DNA sequence that is involved in the initiation of DNA synthesis.
[0038]
A “coding sequence” of DNA is a double-stranded DNA sequence that is transcribed and translated into a polypeptide in vivo when placed under the control of appropriate regulatory sequences. The boundaries of the coding sequence are determined by a start codon at the 5 '(amino) terminus and a translation stop codon at the 3' (carboxy) terminus. A coding sequence can include, but is not limited to, prokaryotic sequences, cDNA from eukaryotic mRNA, genomic DNA sequences from eukaryotic (eg, mammalian) DNA, and even synthetic DNA sequences. The polyadenylation signal and transcription termination sequence are usually located 3 'to the coding sequence.
[0039]
Transcriptional and translational regulatory sequences are DNA regulatory sequences such as promoters, enhancers, polyadenylation signals, terminators, etc. that express the coding sequence in a host cell.
[0040]
Expression of the coding sequence in the host cell may be inducible. "Inducible" means that expression can be regulated. For example, a nucleic acid can be present in a cell but is not expressed until the required signal is obtained. Typically, inducible expression of a protein is regulated by a promoter that requires the signals necessary for inducible transcription of the protein. However, expression can also be induced by processes or sequences that increase the number of DNA sequences of interest in the cell. Such processes or sequences include the origin of replication and the physical addition of DNA to cells.
[0041]
A "promoter sequence" is a DNA regulatory region capable of binding RNA polymerase in a cell and initiating transcription of a downstream (3 'direction) coding sequence. For the purposes of defining the present invention, a promoter sequence is linked to the 3 'end by a transcription initiation site and upstream (5') so as to induce the minimum number of bases or elements required to initiate transcription at detectable levels above background. 'Direction). The promoter sequence contains a transcription initiation site (conveniently defined by mapping with nuclease S1) and a protein binding domain (consensus sequence) responsible for RNA polymerase binding. Eukaryotic promoters will often, but not always, contain "TATA" boxes and "CAT" boxes. Prokaryotic promoters contain Shine-Dalcarno sequences in addition to the -10 and -35 consensus sequences.
[0042]
An "expression control sequence" is a DNA sequence that controls and regulates the transcription and translation of another DNA sequence. A coding sequence is "under control" of the transcriptional and translational regulatory sequences when RNA polymerase transcribes the coding sequence into mRNA, which is then translated into the protein encoded by the coding sequence.
[0043]
A "signal sequence" can be included before the coding sequence. This sequence encodes a signal peptide (the N-terminus of the polypeptide) that directs the host cell to direct the polypeptide to the cell surface or secrete the polypeptide into the medium, which signal peptide causes the protein to be released from the cell. Before being cut off by the host cell. Signal sequences related to various prokaryotic and eukaryotic proteins can be found.
[0044]
As used herein, the term "oligonucleotide" refers to a probe of the invention and is defined as a molecule comprising two or more, preferably more than three, ribonucleotides. Its exact size depends on a number of factors, in other words, on the ultimate function and use of the oligonucleotide.
[0045]
As used herein, the term "primer" refers to a condition that is naturally occurring or synthesized as a purified restriction digest, and that induces the synthesis of a primer extension product complementary to a nucleic acid strand (ie, nucleotides and Oligonucleotide that can act as a starting point for synthesis when placed in the presence of an inducer such as a DNA polymerase and at the appropriate temperature and pH). Primers, which can be single-stranded or double-stranded, must be sufficiently long to prime the synthesis of desired extension products in the presence of the inducing agent. The exact lengths of the primers will depend on many factors, including temperature, source of primer and use of the method. For example, for diagnostics that depend on the complexity of the target sequence, oligonucleotide primers typically contain 15-25 or more nucleotides, but can contain fewer nucleotides.
[0046]
The primers herein are selected to be "substantially" complementary to different strands of a particular target DNA sequence. This means that the primer must be sufficiently complementary to hybridize with each of its strands. Thus, the primer sequence need not accurately reflect the template sequence. For example, a non-complementary nucleotide fragment can be attached to the 5 'end of the primer, making the remaining sequence of the primer complementary to the strand. Alternatively, non-complementary bases or longer sequences can be interspersed with the primer if the primer sequence has sufficient complementarity with the sequence of the hybridizing strand to form a template for the synthesis of extension products.
[0047]
As used herein, the terms "restriction endonuclease" and "restriction enzyme" refer to bacterial enzymes, each of which cut double-stranded DNA at or near a specific nucleotide sequence.
[0048]
A cell has been "transformed" by exogenous or endogenous DNA when such DNA has been transferred inside the cell. The transforming DNA may or may not be integrated (covalently linked) into the chromosomal DNA making up the genome of the cell. In prokaryotes, yeast, and mammalian cells, for example, transforming DNA can be maintained with episomal elements such as plasmids. With respect to eukaryotic cells, a stably transformed cell is one in which the transforming DNA has become integrated into a chromosome such that it is passed on to daughter cells via chromosomal replication. This stability is evidenced by the ability to establish cell lines or clones comprised of a population of daughter cells containing eukaryotic transforming DNA. A "clone" is a population of cells from a single cell or mitotic common ancestor. A "cell line" is a clone of a primary cell that is capable of stable growth in vitro for many generations.
[0049]
Two DNA sequences are "substantially homologous" if at least about 65% (preferably at least about 80%, most preferably at least about 90% or 95%) of the nucleotides match the DNA sequence of the defined length. is there. Substantially homologous sequences can be identified by sequence comparison using standard software available in the sequence databank or by, for example, Southern hybridization experiments under stringent conditions defined in the particular system. . Defining appropriate hybridization conditions is within the skill of the art. See, e.g., Maniatis et al., Supra, "DNA Cloning", Volumes I and II, supra, "Nucleic Acid Hybridization", supra.
[0050]
SEQ ID NOs: 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, Encodes the same amino acid sequence as 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 73, 75, 77, 79, 81, 83, 85, 87, and 89 Not only the DNA sequence but also SEQ ID NOs: 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 88, and 90 It should be appreciated that overlapping sequences are also within the scope of the invention. "Degenerate to" means identifying a particular amino acid using different three letter codons.
[0051]
"Arrestin" means all forms of naturally occurring arrestin or arrestin variants created by genetic engineering, including visual arrestin (sometimes called arrestin 1), retinal cone arrestin (arrestin 4 and arrestin 4). Arrestin 1 (sometimes called arrestin 2), and β arrestin 2 (sometimes called arrestin 3).
[0052]
“ΒARK1” is GRK (also called GRK2) for β-adrenergic receptor kinase 1.
[0053]
“ΒAR” is a GPCR that refers to a β-adrenergic receptor.
[0054]
“Internalization” of GPCR is translocation from a cell surface membrane to an intracellular vesicle membrane where a substance remaining outside the cell is difficult to access.
[0055]
"Carboxy-terminal tail" means the carboxy-terminal tail of the GPCR after membrane span 7. The carboxy-terminal tail of many GPCRs begins immediately after the conserved NPXXXY motif, which marks the end of the seven transmembrane domain (ie, the sequence following the NPXXXY motif is the carboxy-terminal tail of the GPCR). The carboxy-terminal tail can be relatively long (about thousands of amino acids), relatively short (about tens of amino acids), or virtually non-existent (less than about 10 amino acids). As used herein, “carboxyl-terminal tail” refers to all three variants (longer, shorter, or substantially non-existent) and includes palmitoylated cysteine residues. It may or may not be included.
[0056]
Preferably, the "class A receptor" is not translocated to the intracellular vesicles or endosomes associated with arrestin-GFP with the arrestin protein in HEK-293 cells.
[0057]
"Class B receptors" are preferably translocated with arrestin proteins to intracellular vesicles or endosomes associated with arrestin-GFP in HEK-293 cells.
[0058]
"DAC" means any desensitizing active compound. A desensitizing active compound is any compound that affects a GPCR desensitizing mechanism by stimulating or inhibiting a process. DACs include any cellular component of the process and any cellular structure associated with the process, including but not limited to arrestin, GRK, GPCR, phosphoinositide 3-kinase, AP-2 protein, clathrin, protein phosphatase, and the like. ) May affect the GPCR desensitization pathway. DACs include compounds that inhibit arrestin translocation to GPCR, compounds that inhibit arrestin binding to GPCR, compounds that stimulate arrestin translocation to GPCR, compounds that stimulate arrestin binding to GPCR, GPCR Compound that inhibits GRK phosphorylation of GPCR, compound that stimulates GRK phosphorylation of GPCR, compound that stimulates or inhibits binding of GRK to GPCR, compound that inhibits protein phosphatase desensitization of GPCR, protein phosphatase desensitization of GPCR Stimulation may include, but is not limited to, compounds that prevent GPCR internalization or recirculation to the cell surface, release of arrestin from GPCRs, compounds that modulate the release of GPCR antagonists, inverse agonists, and the like. A DAC can inhibit or stimulate the GPCR desensitization process and need not bind to the same GPCR ligand binding site as the GPCR transient agonist and antagonist. A DAC can act independently of a GPCR (ie, the DAC does not exhibit high affinity for one particular GPCR or one particular type of GPCR). DACs can bind to the same sites as agonists or antagonists, but do not desensitize the receptor (perhaps by not phosphorylating the receptor at all or binding to arrestin or any other protein). DACs can bind to the allosteric site of the receptor to inhibit or enhance desensitization.
[0059]
"Detectable molecule" refers to spectroscopic, photochemical, biochemical, immunochemical, electrical, radioactive, and optical means, including, but not limited to, fluorescence, phosphorescence, and bioluminescence, radioactive decay. Means any molecule that can be detected by Detectable molecules include, but are not limited to, GFP, luciferase, β-galactosidase, rhodamine binding antibodies, and the like. Detectable molecules include radioisotopes, epitope tags, affinity labels, enzymes, fluorophores, chemiluminescers, and the like. Detectable molecules include those that are detected indirectly or directly as a function of interaction with another molecule.
[0060]
"GFP" means green fluorescent protein and refers to various naturally occurring forms of GFP that can be isolated or engineered from natural sources as well as artificially modified GFP. GFP is well known in the art. See, for example, U.S. Patent Nos. 5,625,048, 5,777,079, and 6,066,476. Other fluorescent proteins in which GFP is isolated or engineered from natural sources (yellow fluorescent protein (YFP), red fluorescent protein (RFP), cyan fluorescent protein (CFP), blue fluorescent protein, luciferin, UV excitable It is well understood in the art that they are readily interchangeable with, but not limited to, fluorescent proteins, or proteins of a wavelength in between. As used herein, "GFP" refers to all fluorescent proteins known in the art.
[0061]
"Unknown or orphan receptor" means a GPCR whose ligand is unknown.
[0062]
"Downstream" means the carboxyl-terminal side of the amino acid sequence with respect to the amino terminus.
[0063]
"Upstream" means the amino-terminal side of the amino acid sequence with respect to the carboxyl terminus.
[0064]
Amino acid substitutions for substituting amino acids with particularly preferred properties can be introduced. For example, a Cys can be introduced at a potential site that forms a disulfide bond with another Cys. His can be introduced as a specific “catalytic” residue (ie, His can act as an acid or base and is the most common amino acid in biocatalysis). Pro can be introduced for certain planar structures that include β-turns in the protein structure.
[0065]
Two amino acid sequences are "substantially homologous" if at least about 70% (preferably at least about 80%, most preferably at least about 90% or 95%) of the amino acid residues are identical or exhibit conservative substitutions. ".
[0066]
A "heterologous" region of a DNA construct is an identifiable DNA segment within a larger DNA molecule that is not originally found in association with the larger molecule. Thus, when the heterologous region encodes a mammalian gene, the gene is usually flanked by DNA that is not adjacent to mammalian genomic DNA in the genome of the original organism. Another example of a heterologous coding sequence is a construct in which the coding sequence itself is not found in nature (eg, a genomic coding sequence that contains introns or a synthetic sequence that has codons that differ from the native gene). Allelic variation or naturally occurring mutational events do not result in a heterologous region of DNA as defined herein.
[0067]
The term "pharmaceutically acceptable" refers to molecular components that are physiologically resistant or typically do not produce an allergic or similar untoward reaction (such as gastric upset) when administered to a human and Refers to a composition.
[0068]
As used herein, the term “therapeutically effective amount” refers to an amount sufficient to prevent and preferably alleviate some pathological features (eg, increased blood pressure, respiratory output, etc.). means.
[0069]
A DNA sequence is "operably linked" to an expression control sequence when the expression control sequence controls and regulates the transcription and translation of the DNA sequence. The term "operably linked" includes having an appropriate initiation signal (eg, ATG) before the DNA sequence to be expressed and expressing the DNA sequence under the control of expression control sequences to encode the DNA sequence. And maintaining the correct reading frame to produce the desired product. If the gene desired to be inserted into the recombinant DNA molecule does not contain a suitable start signal, such a start signal can be inserted before this gene.
[0070]
"Hybridization" refers to hydrogen bonds that may be Watson-Crick, Hoogsteen or reverse Hoogsteen hydrogen bonds between complementary nucleosides or nucleotide bases. For example, adenine (A) and thymine (T) are complementary nucleotide bases that pair via hydrogen bonds.
[0071]
The term “standard hybridization conditions” refers to salt and temperature conditions substantially equal to 5 × SSC and 65 ° C. for both hybridization and washing. However, those skilled in the art will recognize that such "standard hybridization conditions" will depend on particular conditions, including sodium and magnesium concentrations in the buffer, nucleotide sequence length and concentration, mismatch rates, formamide percentages, and the like. Recognize that. Whether the two sequences hybridizing are RNA-RNA, DNA-DNA, or RNA-DNA is also important in determining "standard hybridization conditions". One of ordinary skill in the art will appreciate that such standard hybridization conditions can be hybridized using a higher stringency wash, if desired, at a temperature typically 10-20 ° C below the expected or determined Tm. Determine easily according to the format.
[0072]
"Animal" means any component of the animal kingdom, including vertebrates (eg, frogs, salamanders, chickens, or horses) and invertebrates (eg, helminths, etc.). "Animal" is also meant to include "mammals." Preferred mammals include domestic animals (eg, ungulates such as cows, buffalo, horses, sheep, pigs, and goats), rodents (eg, mice, hamsters, rats, and guinea pigs), dogs, cats, primates. Includes species, wolves, camels, deer, rodents, birds, and fish.
[0073]
"Antagonist" includes wild-type and / or modified GPCR binding to agonist, wild-type and / or modified GPCR desensitization, wild-type and / or modified GPCR-binding arrestin, wild-type and / or modified GPCR endosomal localization , All factors that inhibit internalization, etc., including those that affect wild-type and / or modified GPCRs and wild-type and / or modified GPCR signaling, desensitization, endosomal localization, Factors affecting other proteins involved in resensitization and the like are included.
[0074]
"Modified GPCR" means a GPCR having one or more modifications in the amino acid sequence of its carboxyl-terminal tail. Thus, all or part of the carboxy terminal tail can be modified. These alterations in amino acid sequence include mutations in one or more amino acids, insertion of one or more amino acids, deletion of one or more amino acids, and deletion and deletion of one or more amino acids. It includes one or more amino acid substitutions in which one or more amino acids are added in place of missing amino acids. Such modified GPCRs are described herein and in US patent application Ser. No. 09 / 993,844, which is hereby incorporated by reference.
[0075]
"GPCR" means a G protein-coupled receptor, which includes naturally occurring GPCRs and modified GPCRs.
[0076]
"Putative palmitoylation site" means a predicted palmitic acid addition site (preferably a cysteine residue). In the GPCRs used in the present invention, the putative palmitoylation site is located preferably 10-25 amino acid residues downstream of the NPXXXY motif, preferably 15-20 amino acid residues.
[0077]
“Cluster of phosphorylation sites” means a cluster of amino acid residues that can easily function as phosphorylation sites through efficient phosphorylation. Amino acid clusters were identified in the carboxyl-terminal tail of the GPCR as 2, 2, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 5, 5 out of 5, in the carboxyl-terminal tail of the GPCR. Occupies five or more consecutive amino acid positions. The cluster of these phosphorylation sites is preferably a cluster of serine (S) and / or threonine (T) residues. A cluster of phosphorylation sites can be substituted, inserted, or added to a GPCR sequence such that the resulting modified GPCR binds arrestin with sufficient affinity to utilize arrestin in the endosome.
[0078]
"NPXXXY motif" means a conserved amino acid motif that marks the end of a seven transmembrane domain. Conserved amino acid motifs most often begin with asparagine and proline, followed by two unspecified amino acids and continuing to tyrosine. The two unspecified amino acids can vary greatly between GPCRs, but the entire NPXXXY motif is conserved.
[0079]
“Abnormal GPCR desensitization” and “abnormal desensitization” are caused by disruption of the GPCR desensitization pathway such that the balance between active and desensitized receptors changes in wild-type conditions. Means that Some receptors are more active than normal, or some are more desensitized than wild-type conditions. Aberrant GPCR desensitization is constitutively active or constitutively desensitized, resulting in increased signaling of the receptor or decreased signaling of the receptor than normal GPCR results.
[0080]
A "biological sample" is intended to include tissues, cells, and biological fluids isolated from a subject, as well as tissues, cells, and biological fluids that are present in a subject. It can be a sample, a stool sample, a tumor sample, a cell wash, an oral sample, saliva, a biological fluid, a tissue extract, freshly harvested cells, or cells incubated in tissue culture.
[0081]
"Immediate administration", "combination administration", "co-administration", or "administer simultaneously" results in the compounds being administered simultaneously or essentially as if two or more compounds were administered simultaneously. Administration in a sufficiently short time.
[0082]
“Conservative abnormalities” include, but are not limited to, abnormalities in the GPCR pathway, such as those that can be caused by abnormal CPGR signaling, such as GPCRs, GRKs, arrestins, AP-2 proteins, clathrins, protein phosphatases ). This abnormal GPCR signaling can contribute to GPCR-related diseases.
[0083]
"Desensitized GPCR" means a GPCR that no longer has the ability to respond to agonists and activate conventional G protein signaling.
[0084]
"Desensitization pathway" means any cellular component of the desensitization process and the cellular structure involved in the desensitization and subsequent processes, including arrestin, GRK, GPCR, AP-2 protein, Include, but are not limited to, clathrin, protein phosphatase, and the like. In the assay of the present invention, the polypeptide can be detected at any stage between them, such as in the cytoplasm, in the cell membrane, in clathrin-coated pits, in intracellular formulations, in endosomes, and the like.
[0085]
"GPCR signaling" means GPCR-induced activation of a G protein. Thereby, for example, cAMP can be produced.
[0086]
"G protein-coupled receptor kinase" (GRK) includes any kinase capable of phosphorylating a GPCR. Certain GRKs that can be used in the present invention are listed in FIG. Includes splice variants, biologically active fragments, modified GRKs, and GRKs from animals and other organisms.
[0087]
"Homo sapiens GPCR" means a GPCR that occurs naturally in Homo sapiens.
[0088]
"Inverse agonist" refers to a compound that, upon binding to a GPCR, inhibits the basic intrinsic activity of the GPCR. Inverse agonists are certain antagonists.
[0089]
"Modified GRK" means a GRK that has been modified to alter desensitization.
[0090]
"Naturally occurring GPCR" means a GPCR that occurs in nature.
[0091]
By "odorant ligand" is meant a ligand compound that perceives an odor, including synthetic and / or recombinantly produced compounds, upon binding to the receptor, including agonist and antagonist molecules.
[0092]
"Odorant receptor" means a receptor that is normally found on the surface of olfactory neurons that, when activated (usually due to the binding of an odorant ligand), senses odor.
[0093]
As used herein, the term "pharmaceutically acceptable carrier" refers to a pharmaceutically acceptable substance, composition, or excipient, such as a liquid or solid charge associated with the delivery or delivery of a chemical. Agents, diluents, excipients, solvents or encapsulating materials).
[0094]
“Sensitized GPCR” means a GPCR that has the ability to activate conventional G protein signaling at present in response to an agonist.
[0095]
"Modulation" includes at least up-regulation or down-regulation of expression or an increase or decrease in protein activity. Modulation of a protein includes up-regulating, down-regulating, increasing, or decreasing the activity of the protein or a compound that regulates the protein. Modulation also includes control of the gene, mRNA, or any other step in the synthesis of the protein of interest.
[0096]
An “overexpressed” protein refers to a protein that is expressed at a higher level than the wild-type expression level.
[0097]
"Modified GRK" means a GRK having one or more modifications in the amino acid sequence at the C-terminus of GRK. The modified GRK is constitutively localized at the plasma membrane. Preferably, the GRK is modified by the addition of a CAAX motif.
[0098]
The "CAAX" motif refers to a four amino acid sequence where C is cysteine, A is an aliphatic amino acid, and X is the C-terminal amino acid of the protein.
[0099]
"Constitutive" activity refers to the activity obtained in the absence of an agonist. For example, constitutive localization of the modified GRK to the plasma membrane means that the modified GRK is localized to the plasma membrane in the absence of an agonist.
[0100]
"GRK-C20" refers to a modified GRK that has the ability to have a geranylgeranyl group added to a GRK. GRK2-C20 is GRK2 modified in this manner. Preferably, GRK-C20 contains a CAAX motif.
[0101]
The present inventors have developed an independent screening method for compounds that alter GPCR desensitization. This has developed a cell line in which the GPCR is desensitized in the absence of an agonist. These cell lines include a GRK that can be modified. Using these cell lines, a method for screening compounds that alter GPCR desensitization in the absence of agonist was developed. These methods eliminate the agonist addition step from the screening method. By omitting this step, (1) a more effective screening method for compounds that alter GPCR desensitization using known agonists can be obtained, and (2) desensitization of orphan GPCRs without known agonists. Is obtained. Methods have been developed to identify whether the GPCR is expressed at the plasma membrane and to identify whether the GPCR has an affinity for arrestin, preferably using host cells containing orphan GPCRs and GRKs. However, the GPCR is at least partially internalized in an agonist-independent manner upon GRK expression, thus eliminating the need for agonist addition. The GPCR was modified to increase affinity for arrestin. These modified GPCRs are useful in agonist-independent screening methods for compounds that alter desensitization.
[0102]
[GPCR and desensitization]
Exposure of the GPCR to the agonist rapidly diminishes its signaling capabilities, including uncoupling of receptors from the cognate heterotrimeric G protein. The cellular mechanism that regulates agonist-specific or homologous desensitization is a two-step process in which an agonist-coupled receptor is phosphorylated by a G protein-coupled receptor kinase (GRK) and binds to an arrestin protein.
[0103]
After an agonist binds to a GPCR, G protein-coupled receptor kinase (GRK) is known to phosphorylate the intracellular domain of the GPCR. After phosphorylation, the arrestin protein associates with the GRK phosphorylation state, separating the receptor from the cognate G protein. The interaction of arrestin with the phosphorylated GPCR terminates GPCR signaling and results in a desensitized receptor that does not signal.
[0104]
Arrestin bound to the desensitized GPCR allows the GPCR to function as an adapter protein that binds to the adapter protein 2 (AP-2) and a component of the endocytic machinery such as clathrin, thereby allowing the GPCR to bind to clathrin-coated pits or other Target cellular mechanisms for endocytosis (ie, internalization). The internalized GPCR is dephosphorylated and reused on the resensitized cell surface and is retained or degraded inside the cell. The ability of arrestin to interact with GPCRs is one factor that predicts the rate of GPCR dephosphorylation, recycling, and resensitization. GPCR phosphorylation and dephosphorylation in the desensitization process are described in US patent application Ser. No. 09 / 933,844, filed Nov. 5, 2001, which is hereby incorporated by reference. Is exemplified.
[0105]
Using the methods described herein, the present inventors have identified certain GPCRs that show no affinity for arrestin. These GPCRs were modified to include one or more phosphorylations, preferably clusters of phosphorylation sites, properly located in the carboxyl-terminal tail. With this modification, the modified GPCR forms a stable complex with arrestin and is internalized as a unit into the endosome. These modified GPCRs may be useful in GPCR activity assays. These modified GPCRs may be useful for identifying agonists of GPCRs. These modified GPCRs may be useful in the agonist-independent screening methods described herein.
[0106]
An agonist-independent screening method using GPCRs altered to include a DRY motif is described in US Patent Application No. 10 / 054,616, which is incorporated herein by reference. Has been described. GPCR modifications are included in this screening method, and each GPCR utilized must be modified in such a manner.
[0107]
The present inventors have developed an agonist-independent screening method using GRKs that can be modified. These GRKs phosphorylate GPCRs in the absence of agonist. These phosphorylated GPCRs are internalized in the absence of an agonist. The present inventors have developed agonist-independent methods for screening for agonists of GPCR internalization using these modified GRKs. These methods do not require the GPCR modifications described in US patent application Ser. No. 10 / 054,616.
[0108]
Previously, certain GRKs have been shown to be constitutively localized at the plasma membrane. Inglese et al. Constructed GRK2-C20, which is constitutively isoprenylated and localized to the membrane.
[0109]
The present inventors have identified that GPCRs are vigorously desensitized by cellular expression of GRK constitutively located in the plasma membrane. These GRKs can be overexpressed, can induce expression, and the nucleic acids encoding them can be localized in a vector or integrated into the genome. The present inventors have constructed a host cell that expresses GRK constitutively located in the plasma membrane. These host cells can also express arrestin. The GPCRs of interest were transfected into these host cells. Using GRK-containing cells, the expression of the GPCR of interest at the plasma membrane was identified, the ability of the GPCR to bind arrestin was analyzed, and a method for detecting constitutively desensitized GPCRs was developed. These desensitization methods were constructed and a method for identifying agonist-independent compounds that alter GPCR desensitization was developed. These methods are useful for identifying compounds, known or unknown, that alter GPCR internalization, which are GPCR agonists.
[0110]
We have also identified whether increasing wild-type or modified GRK increases desensitization, whether or not GRK is constitutively localized in the plasma membrane.
[0111]
The present invention relates to a modified GPCR, a modified GPCR polypeptide, a nucleic acid molecule encoding the modified GPCR, a vector containing the modified GPCR-encoding nucleic acid molecule, a vector capable of constructing the modified GPCR nucleic acid, and a cell containing the modified GPCR. About. The present invention further provides an assay system using the modified GPCR, an assay system using cells containing the modified GPCR, a compound identified using the assay system, a therapeutic method using the identified compound, and a disease using the assay system. And a kit comprising the assay reagent of the present invention and the cell of the present invention.
[0112]
The GPCR or modified GPCR can be mutated to change a particular codon to a codon encoding a different amino acid. Such mutations are generally made by changing the fewest nucleotides possible. The resulting protein may be in a non-conservative manner (ie, by changing codons from an amino acid belonging to an amino acid group having one particle size or characteristic to an amino acid belonging to another group) or in a conservative manner (i. Alternatively, such substitution mutations can be made such that the amino acid is changed (by changing the codon from an amino acid belonging to the characteristic amino acid group to an amino acid belonging to the same group). Generally, such conservative changes do not significantly alter the structure and function of the resulting protein. Non-conservative changes will likely alter the structure, activity, or function of the resulting protein. The present invention should consider including conservatively altered sequences in which the activity and binding properties of the resulting protein are not significantly altered.
[0113]
In certain embodiments, the modified GPCRs of the present invention include GPCRs modified to have one or more phosphorylation sites, preferably a cluster of phosphorylation sites, appropriately positioned in the carboxy-terminal tail. These modified GPCRs recruit to endosomes within about 30 minutes of agonist stimulation. These modified GPCRs recruit to endosomes in the cells described herein, and the GPCRs are phosphorylated in an agonist-dependent manner.
[0114]
The modified GPCRs of the present invention comprise one or more phosphorylation sites, preferably a cluster of one or more phosphorylation sites, suitably located at the carboxyl-terminal tail. We believe that one or more phosphorylation sites, preferably one or more clusters of phosphorylation sites, appropriately located in the carboxyl terminal tail, after stimulation with an agonist described herein. Alternatively, it was discovered that the affinity for arrestin was increased and co-localized with arrestin in endosomes during GPCR phosphorylation, either in an agonist-independent manner. The present inventors have also discovered that one or more phosphorylation sites, preferably a cluster of phosphorylation sites, must be optimally present in the GPCR tail so that the GPCR's affinity for arrestin is increased. did. Thus, a modified GPCR can be constructed such that one or more phosphorylation sites, preferably a cluster of phosphorylation sites, is optimally located within the carboxy-terminal tail. The portions of the polypeptides that are fused together to form the modified GPCR are selected such that one or more phosphorylation sites, preferably a cluster of phosphorylation sites, is properly located within the carboxy-terminal tail. Alternatively, the location of individual point mutations to create a modified GPCR can be selected such that one or more phosphorylation sites, preferably a cluster of phosphorylation sites, is properly located within the carboxy-terminal tail. .
[0115]
The present inventors have discovered that the modified GPCRs of the present invention are useful in screening assays for compounds that can alter G protein-coupled receptor (GPCR) activity. Examples of assays in which the present invention can be used include U.S. Patent Nos. 5,891,646 and 6,110,693, which are incorporated herein by reference. Includes, but is not limited to, the described assays. Further examples of assays in which the present invention can be used include assays using fluorescence resonance energy transfer (FRET) and Angers, S. et al. Salahpour, A .; Jolly, E .; Hilairet, S .; , Chelsky, "β in living cells using bioluminescence resonance energy transfer (BRET). 2 Dimerization of adrenergic receptors, "Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97, 7, 3684-3689, including but not limited to assays using the bioluminescence resonance energy transfer (BRET) technique.
[0116]
The present inventors have identified that these modified GPCRs are useful in agonist-independent methods for screening for compounds that can alter GPCR internalization. Further examples of assays in which the present invention can be used include, but are not limited to, the assays described herein.
[0117]
GPCR desensitization enhancement
The present invention provides a method for enhancing GPCR desensitization. One embodiment relates to the expression of a GRK that can be modified. GRK can be overexpressed or its expression can be induced. These methods can be used to analyze desensitization of GPCRs, including modified GPCRs, orphan GPCRs, taste receptors, mutant GPCRs, β2ARY326AGPCR mutants, or another GPCR. Certain GPCRs useful in the present invention are listed in FIG.
[0118]
In a preferred embodiment, a cell comprising the expression system and a nucleic acid encoding GRK is obtained. GRK can be modified so that GPCR is constitutively desensitized by expression of GRK. GRK can be overexpressed and its expression induced.
[0119]
Preferably, a host cell containing GRK and arrestin that can be modified is obtained. The GPCR is then added to these cells. Agonist independent GPCR desensitization is detected. FIGS. 4, 5, 6, and 7 are examples of this method. The detection method is described below.
[0120]
The present invention provides a method for identifying whether a GPCR of interest is expressed at the plasma membrane. GPCRs expressed at the plasma membrane are useful in the compound identification methods described above.
[0121]
A preferred method of identifying whether the GPCR of interest is expressed at the plasma membrane is (a) a cell comprising a GPCR, arrestin, and GRK, wherein the arrestin is detectably labeled. Obtaining cells; (b) determining the cell distribution of the arrestin; and (c) correlating the cell distribution of the arrestin with the ability of the GPCR to express at the plasma membrane.
[0122]
Preferred embodiments of the present invention are described in Examples 2, 3, 4, 5, 6, and 7, and are illustrated in Figures 4, 5, 6, and 7.
[0123]
Another method of identifying whether a GPCR of interest is expressed at the plasma membrane is (a) a GPCR, GRK, and a cell containing the GRK, wherein the GRK is detectably labeled. (B) determining the cell distribution of the GRK, and (c) correlating the cell distribution of the GRK with the ability of the GPCR to express on the plasma membrane.
[0124]
The present invention provides a method for analyzing the ability of a GPCR to bind to arrestin. GPCRs that bind to arrestin are useful in the methods for identifying compounds described above.
[0125]
A preferred method for analyzing the arrestin binding ability of a GPCR comprises: (a) obtaining a cell comprising a GPCR, arrestin, and GRK, wherein the arrestin is detectably labeled; b) determining the cell distribution of the arrestin; and (c) correlating the cell distribution of the arrestin with the arrestin binding ability of the GPCR.
[0126]
Preferred embodiments of the present invention are described in Examples 2, 3, 4, 5, 6, and 7, and are illustrated in Figures 4, 5, 6, and 7.
[0127]
Using the methods of the present invention, certain GPCRs bind and desensitize arrestin. However, certain GPCRs do not desensitize without altering the GPCR as described in US patent application Ser. No. 09 / 993,844. We varied several GPCRs, including the known and orphan GPCRs listed in FIG. Upon modification, these modified GPCRs were constitutively desensitized in the above system.
[0128]
[Modified GPCR]
The present invention relates to modified GPCRs. A modified GPCR of the invention may include one or more variables in its carboxy-terminal tail. These modifications may include one or more phosphorylations, preferably clusters of phosphorylation sites, within certain regions of the carboxyl-terminal tail. Thus, all or part of the carboxy terminal tail can be modified. The carboxy-terminal tail of many GPCRs begins immediately after the conserved NPXXXY motif, which marks the end of the seven transmembrane domain (ie, the sequence following the NPXXXY motif is the carboxy-terminal tail of the GPCR). The carboxy-terminal tail of many GPCRs contains a putative palmitoylation site about 10-25 amino acid residues, preferably 15-20 amino acid residues downstream of the NPXXXY motif. This site is typically one or more cysteine residues. The carboxy terminus of the GPCR may be relatively long, relatively short, or virtually absent. We have identified that the carboxy-terminal tail of the GPCR determines the affinity of arrestin binding.
[0129]
The present inventors have discovered that specific amino acid motifs in the carboxy-terminal tail can promote the formation of a stable GPCR / arrestin complex, thereby ultimately promoting recruitment of arrestin to endosomes. These amino acid motifs include one or more amino acids, preferably clusters of amino acid residues, that are efficiently phosphorylated to readily function as phosphorylation sites. Amino acid clusters are contiguous amino acid positions such as two of two, two of three, three of three, four of four, four of four, five of four, five of five, etc. Can occupy. Therefore, the amino acid cluster that promotes stable GPCR / arrestin complex formation is the “phosphorylation site cluster”. These clusters of phosphorylation sites are preferably clusters of serine and threonine residues.
[0130]
A GPCR that forms a stable complex with arrestin contains one or more phosphorylation sites, preferably a cluster of phosphorylation sites. In addition to one or more phosphorylation sites, preferably a cluster of phosphorylation sites, this site must be properly present in the carboxy-terminal tail to promote stable GPCR / arrestin complex formation Was found. To promote the formation of a stable GPCR / arrestin complex, one or more phosphorylation sites, preferably a cluster of one or more phosphorylation sites, is about 15-35 of the putative palmitoylation site of the GPCR ( (Preferably 15 to 25) amino acid residues. Further, one or more phosphorylation sites, preferably a cluster of one or more phosphorylation sites, may be located about 20-55 (preferably 30-45) amino acid residues downstream of the NRXXY motif of the GPCR. GPCRs containing one or more appropriately positioned phosphorylation sites, preferably a cluster of phosphorylation sites, are typically class B receptors.
[0131]
As an example, the V2R receptor contains a cluster of phosphorylation sites (SSS) that promote the formation of a stable GPCR / arrestin complex 19 amino acid residues downstream of the putative palmitoylation site and 36 amino acid residues downstream of the NRXXY motif. It was discovered. The NTR-2 receptor contains a cluster of phosphorylation sites (STS) that promote the formation of a stable GPCR / arrestin complex 26 amino acid residues downstream of the putative palmitoylation site and 45 amino acid residues downstream of the NRXXY motif. The oxytocin receptor (OTR) donor is one 20 amino acid residues downstream of the putative palmitoylation site and the other 29 amino acid residues downstream of the NRXXY motif, and one 38 amino acid residues downstream of the NRXXY motif and the other NRXXY It contains a cluster of two phosphorylation sites (SSLST and STLS) that promote the formation of a stable GPCR / arrestin complex 47 amino acid residues downstream of the motif. The substrate P receptor (SPR, also known as the neurokinin 1 receptor) promotes the formation of a stable GPCR / arrestin complex 32 amino acid residues downstream of the putative palmitoylation site and 50 amino acid residues downstream of the NRXXY motif. Contains a cluster of phosphorylation sites (TTIST).
[0132]
We note that GPCRs lacking one or more phosphorylation sites, preferably clusters of phosphorylation sites, present in the carboxyl-terminal tail are less stable and dissociate at or near the plasma membrane. It was identified as forming a GPCR / arrestin complex. These GPCRs are typically class A receptors, orphan receptors, taste receptors, and the like. However, the present inventors have shown that modification of the carboxyl-terminal tail of these receptors, which originally lacks one or more phosphorylation sites, can yield stable GPCR / arrestin complexes with low affinity for arrestin. discovered. Preferably, the carboxyl terminal tail is modified to include one or more phosphorylation sites, preferably a cluster of one or more phosphorylation sites, appropriately located within the carboxyl terminal tail.
[0133]
The invention includes the polypeptide sequences of these modified GPCRs. The modified GPCRs of the present invention include GPCRs that have been modified to have one or more phosphorylation sites, preferably one or more clusters of phosphorylation sites, appropriately positioned in their carboxy-terminal tail. The polypeptide sequences of the modified GPCRs of the present invention also include sequences having one or more additions, deletions, substitutions, or mutations. These mutations are preferably substitution mutations made in a conservative fashion (ie, changing codons from amino acids belonging to an amino acid group having a particle size or characteristic to the same group). Such conservative changes generally do not significantly alter the structure and function of the resulting protein. The present invention should consider including conservatively altered sequences in which the activity or binding properties of the resulting protein are not significantly altered.
[0134]
The modified GPCRs of the present invention include a GPCR containing the NPXXXY motif, a putative palmitoyl site about 10-25 amino acid residues (preferably 15-20 amino acids) downstream of the NPXXXY motif, and a modified carboxy-terminal tail. The modified carboxy-terminal tail is one or more phosphorylation sites, preferably one or more, such that the phosphorylation site is about 15-35, preferably 15-25 amino acid residues downstream of the putative palmitoylation site of the modified GPCR. It has a cluster of multiple phosphorylation sites. The modified carboxyl-terminal tail may include one or more phosphorylation sites, preferably one or more phosphorylation sites, such that the phosphorylation site is about 20-55, preferably 30-45 amino acid residues downstream of NPXXXY of the modified GPCR. It has a cluster of oxidation sites.
[0135]
The invention further includes an isolated nucleic acid molecule encoding the modified GPCR. It should also be recognized that a DNA sequence encoding a modified GPCR that encodes a modified GPCR that has the same amino acid sequence as the modified GPCR but is degenerate is within the scope of the invention. "Degenerate to" means identifying a particular amino acid using different three letter codons.
[0136]
As the skilled artisan will readily appreciate, the carboxyl tail of many GPCRs can be identified by the NPXXXY motif, which marks the end of the seven transmembrane domain.
[0137]
To create a modified GPCR comprising a modified carboxyl-terminal region of the invention, a GPCR that lacks a phosphate site or cluster of phosphate sites, or has a low or unknown affinity for arrestin, has an amino acid in its carboxyl-terminal tail. Residues may include one or more additions, substitutions, deletions, or mutations. These carboxyl-terminal tails are added, substituted, deleted or mutated such that they are modified to include one or more phosphorylation sites, preferably a cluster of phosphorylation sites. As an example, amino acid residues can be individually point mutated to obtain a modified GPCR. By way of example, three consecutive amino acids can be mutated to a serine residue to obtain a modified GPCR. These mutations are made so that one or more phosphorylation sites, preferably a cluster of phosphorylation sites, are properly located within the carboxyl-terminal tail.
[0138]
In addition, to create a modified GPCR containing a modified carboxyl-terminal region, the nucleic acid sequence of a GPCR that lacks a phosphate site or cluster of phosphate sites or has a low or unknown affinity for arrestin differs from a specific codon by Mutations can be made to alter codons encoding amino acids, preferably serine or threonine. Generally, such mutations are made by the fewest nucleotide changes possible. Such substitution mutations that alter amino acids in the resulting protein can be made to create one or more phosphorylation sites, preferably clusters of phosphorylation sites. As an example, individual point mutations of a nucleic acid sequence can be made. The phosphorylation site is positioned to be located about 15-35 amino acid residues downstream of the putative palmitoylation site of the modified GPCR.
[0139]
Furthermore, to obtain the modified GPCRs of the present invention, GPCRs that lack properly positioned phosphorylation sites or have low or unknown affinity for arrestin will have all or part of their carboxyl-terminal tails properly positioned. Can be replaced with that of a GPCR having a cluster of phosphorylation sites. The exchange site may be after or include the conserved NPXXXY motif. Alternatively, a putative palmitoylation site of the GPCR can be identified about 10-25 (preferably 15-20) amino acid residues downstream of the conserved NPXXXY motif, wherein the exchange site is located after or after the palmitoylated cysteine. Including. Preferably, the carboxyl-terminal tail of the GPCR, which lacks a cluster of properly located phosphorylation sites or has low or unknown affinity for arrestin, is replaced with an amino acid residue in close proximity to the putative palmitoylation site. More preferably, the carboxyl-terminal tail of the GPCR, which lacks a cluster of properly located phosphorylation sites or has low or unknown affinity for arrestin, has about 10 ng of the NPXXXY motif such that palmitoylated cysteine residues are maintained. Exchange at the predicted palmitoylation site 〜25 (preferably 15-20) amino acid residues downstream. The preferred mode of exchange facilitates the positioning of the cluster of phosphorylation sites at the appropriate position within the carboxyl-terminal tail of the modified GPCR. Because the tails can be swapped, modified GPCRs can be constructed by manipulation of the nucleic acid sequence or the corresponding amino acid sequence.
[0140]
Further alternatively, the exchange site can be selected because the carboxyl tail of a GPCR (eg, a GPCR without the NPXY motif) can be inferred from a hydrophobicity plot. Based on the hydrophobicity plot, one skilled in the art can predict the sites where the GPCR can be immobilized in the membrane and where the putative palmitoylation site has been introduced. Using this technique, a GPCR that does not contain an NPXXXY motif or a putative palmitoylation site can be modified to create a reference point (eg, a putative palmitoyl site). The tail exchange can be located using the putative palmitoyl site introduced.
[0141]
The carboxyl-terminal tail used for exchange has one or more clusters of properly located phosphorylation sites and a putative palmitoylation site about 10-25 (preferably 15-20) amino acid residues downstream of the NXXY motif. It can be from a second GPCR. The identified tail can be exchanged for or include a conserved NPXXXY motif. Alternatively, the putative palmitoylation site of the GPCR can be identified about 10-25 (preferably 15-20) amino acid residues downstream of the conserved NPXXXY motif, and the tail is replaced or replaced after palmitoylated cysteine. Can be included. Preferably, the carboxyl terminal tail of a GPCR having a cluster of phosphorylation sites is replaced with an amino acid residue that is very close to the putative palmitoylation site. More preferably, the carboxyl-terminal tail of a GPCR having a cluster of phosphorylation sites is modified such that a portion of the carboxyl-terminal tail containing the cluster of phosphorylation sites begins at the amino acid residue immediately downstream of the palmitoylated cysteine residue. Exchange at a putative palmitoylation site about 10-25 (preferably 15-20) amino acid residues downstream. With the exchange in a preferred manner, the cluster of phosphorylation sites is easily located at the appropriate position within the carboxyl-terminal tail of the modified GPCR. The carboxyl-terminal tail with the cluster of phosphorylation sites used for exchange may have a detectable molecule attached to the carboxyl terminus. Since the tail can be exchanged, a modified GPCR can be constructed by manipulation of the nucleic acid sequence or the corresponding amino acid sequence.
[0142]
In addition, the carboxyl-terminal tail used for the exchange is synthesized to have an amino acid sequence corresponding to the amino acid sequence from a GPCR having one or more phosphorylation sites, preferably a cluster of one or more phosphorylation sites. Can be derived from the polypeptide. Synthetic polypeptides may have a putative palmitoylation site about 10-25 (preferably 15-20) amino acid residues downstream of the NPXXXY motif. Synthetic polypeptides can have one or more amino acid residue additions, substitutions, deletions that do not affect or change the structure and function of the polypeptide.
[0143]
In addition, the carboxyl-terminal tail used for exchange may originate from a naturally occurring polypeptide that recognizes having an amino acid sequence corresponding to a GPCR-derived amino acid sequence having one or more clusters of phosphorylation sites. . The polypeptide may have a putative palmitoylation site about 10-25 (preferably 15-20) amino acid residues downstream of the NPXXXY motif. A polypeptide can have one or more amino acid residue additions, substitutions, deletions that do not affect or change the structure and function of the polypeptide.
[0144]
A modified GPCR containing a modified carboxyl-terminal region is prepared by combining a first carboxyl-terminal tail portion of a GPCR lacking a well-located cluster of phosphorylation sites or having a low or unknown affinity for arrestin with one or more phosphorylations It can be made by fusion with a GPCR having a cluster of sites or a second carboxyl-terminal tail of a polypeptide. The second GPCR or polypeptide may have a putative palmitoylation site about 10-25 (preferably 15-20) amino acid residues downstream of the NPXXXY motif. Thus, the modified carboxyl-terminal region of the modified GPCR lacks an appropriately located cluster of phosphorylation sites or has an affinity for arrestin fused to a portion of the carboxy-terminal tail of a GPCR or polypeptide that has a cluster of phosphorylation sites. Includes a portion of the low or unknown carboxyl terminal tail from the GPCR. The tail of the GPCR lacking a properly positioned phosphorylation site cluster can be replaced or include a conserved NPXXXY motif followed by a fusion to the carboxyl terminal tail containing the phosphorylation site cluster after the conserved NPXXY motif. Or include this. Alternatively, the tail of the GPCR lacking a properly positioned cluster of phosphorylation sites can be replaced or include after the palmitoylation cysteine, and the tail containing the cluster of phosphorylation sites after the palmitoylation motif. Can be fused or included. Since the tail can be exchanged, a modified GPCR can be constructed by manipulation of the nucleic acid sequence or the corresponding amino acid sequence.
[0145]
Further alternatively, the carboxyl tail of a GPCR (eg, a GPCR without the NPXXXY motif) can be inferred and replaced from a hydrophobicity plot. Exchange sites can be selected according to the hydrophobicity plot. Based on the hydrophobicity plot, one skilled in the art can predict the sites where the GPCR can be immobilized in the membrane and where the putative palmitoylation site has been introduced. Using this technique, a GPCR that does not contain an NPXXXY motif or a putative palmitoylation site can be modified to create a reference point (eg, a putative palmitoyl site). The tail exchange can be located using the putative palmitoyl site introduced. After introduction of the putative palmitoylation site, the resulting tail has one or more clusters of one or more phosphorylation sites and a putative palmitoylation site about 10-25 (preferably 15-20) amino acid residues downstream of the NPXXXY motif. The GPCR or the second carboxyl tail portion of the polypeptide can be fused.
[0146]
Preferably, the modified carboxyl-terminal region of the modified GPCR is replaced with an amino acid residue in close proximity to the putative palmitoylation site. More preferably, the portion from the first GPCR that has low affinity for arrestin has amino acid residues from the NPXXY motif due to a putative palmitoylation site about 10-25 (preferably 15-20) amino acid residues downstream of the NPXY motif. And a portion from the first GPCR that has a cluster of phosphorylation sites and a putative palmitoylation site about 10-25 (preferably 15-20) amino acid residues downstream of the NPXXXY motif, extending to the end of the carboxyl terminus. The modified carboxyl-terminal region of the modified GPCR is fused to include an amino acid residue starting from the amino acid residue immediately downstream of the putative palmitoylation site of the second GPCR. The cluster of phosphorylation sites is easily located at the appropriate position within the carboxyl-terminal tail, and the modified GPCR maintains its structure and ability to function.
[0147]
As an example, a class A or orphan receptor can have a portion of the carboxy terminal tail replaced with a portion of the carboxy terminal tail from a known class B receptor. In addition, receptors that are virtually free of a carboxy-terminal tail (eg, orphan and taste receptors) have a portion of the carboxy-terminal tail that has been replaced by a portion of the carboxy-terminal tail from known class B receptors. May be provided. The class B receptor tail used for these exchanges may have a detectable molecule fused to the carboxyl terminus.
[0148]
Modified GPCRs can be made by standard molecular biology techniques in the field of genetic engineering, including but not limited to polymerase chain reaction (PCR), restriction enzymes, expression vectors, plasmids, and the like. As an example, vectors such as pEArrB (with enhanced arrestin binding) can be designed to enhance the affinity of GPCRs lacking a cluster of phosphorylation sites for arrestin. To form a vector such as pEArrB, a PCR amplified GPCR carboxyl-terminal DNA fragment that forms a stable complex with arrestin can be digested with appropriate restriction enzymes and cloned into a plasmid. A schematic diagram of one such plasmid is shown in FIG. 4A. As shown in FIG. 4B, the DNA of the GPCR to be modified can also be PCR amplified, digested at the appropriate location with restriction enzymes, and subcloned into a vector such as pEArrB. When expressed, the modified GPCR comprises a polypeptide fused to a carboxyl terminus. The polypeptide contains a cluster of phosphorylation sites. Preferably, the polypeptide originates from the GPCR carboxyl terminus of the receptor forming a stable complex with arrestin.
[0149]
Such modified GPCRs can also occur naturally as a result of abnormal gene splicing or single nucleotide polymorphism. Such naturally occurring modified GPCRs are expected to have modified endocytosis targeting. These naturally occurring modified GPCRs can be associated with a number of GPCR-related diseases.
[0150]
As shown in FIG. 3, we modified some GPCRs. As described herein, β2 adrenergic receptor, dopamine D1A receptor, mu opioid receptor, orphan GPR3, orphan GPR6, orphan GPR12, orphan GPR7, orphan GPR8, orphan GPR55. , Orphan SREB2, and orphan SREB3 were modified. These modified GPCRs contain a V2R cluster (SSS) of phosphorylation sites properly located within the modified GPCR tail.
[0151]
As can be shown by standard receptor binding assays, the modified receptor is not a protein that has increased affinity for arrestin with increased affinity for arrestin, the ability to act on arrestin, and the ability to reuse and resensitize Is essentially indistinguishable from its wild-type counterpart. For example, the modified receptor is suitably expressed at the membrane and has a similar affinity for agonists or ligands. However, because of the increased affinity for arrestin, the modified GPCR may form a complex with arrestin that is more stable than the wild-type subject, and may remain bound to arrestin when transported to endosomes.
[0152]
These modified GPCRs are useful in GPCR agonist screening assays and agonist-independent assays for compounds that alter GPCR desensitization.
[0153]
[Assay of GPCR activity using modified GPCR]
The modified GPCRs of the present invention are useful in assays for GPCR activity. The modified GPCRs of the invention can be used in research assays for GPCRs that are weaker than the desired interaction and association with arrestin and GPCRs that have an unknown interaction or association with arrestin. The method of the present invention using a modified GPCR can provide a sensitive assay, for example, to improve the detection of arrestin / GPCR in endosomes. Assays using the modified GPCRs of the invention can be useful for screening compounds and sample solutions for ligands, agonists, inverse agonists, desensitizing active compounds, and the like. Once identified, these compounds can modulate GPCR activity and can be useful as drugs useful in the treatment of one or more diseases associated with GPCRs.
[0154]
In a preferred assay of the invention, cells expressing a modified GPCR of the invention are obtained, and these cells may further comprise a conjugate of arrestin with a detectable molecule.
[0155]
Arrestin bound to a detectable molecule can be detected and its function in the GPCR pathway monitored. The location of arrestin (eg, uniformly dispersed in the cytoplasm, densely in cell membranes, densely in clathrin-coated pits, localized in endosomes, etc.) can be detected. In response to agonist stimulation, access of arrestin to GPCRs and access to any other cellular structure can be monitored. For example, in response to agonist stimulation, arrestin can be detected by access to GPCRs at cell membranes, clustering with GPCRs in clathrin-coated pits, co-localization with GPCRs on endosomes, and the like.
[0156]
The modified GPCR of the present invention has an increased affinity for arrestin, and a stable complex of the GPCR and arrestin can be obtained. Therefore, the GPCR and arrestin are co-localized to endosomes. In the assay method of the present invention, arrestin is detected, for example, in the cytoplasm, near the GPCR at the cell membrane, near the GPCR in clathrin-coated pits, and as co-localized with the GPCR on endosomes. be able to. Preferably, arrestin can be detected as co-localized with the GPCR on endosomes.
[0157]
The association of arrestin with the GPCR at the cell membrane can be rapidly detected after addition of the agonist (eg, about 1 second to 2 minutes). Co-localization of arrestin with GPCR on endosomes can be detected within minutes (eg, about 3-15 minutes) of agonist addition and retained for a long time (eg, 1 hour). The association of arrestin with GPCRs on endosomes can yield strong and easily recognizable signals. With a 40 × objective, the signal may show a donut-like appearance. Signals obtained from arrestin and GPCR compartmentalization co-localized in endosomal vesicles are typically easy to detect and can be retained for long periods of time.
[0158]
A preferred assay for the GPCR pathway of the invention comprises: (a) expressing at least one modified GPCR of the invention to obtain cells further comprising a conjugate of arrestin and a detectable molecule; And c) detecting the interaction of arrestin with the modified GPCR along the translocation pathway.
[0159]
The interaction of arrestin with the modified GPCR can be detected, for example, as enrichment in endosomes, clathrin-coated pits, and near cell membranes. Preferably, the interaction of arrestin with the modified GPCR is detected in endosomes. The interaction of arrestin with the GPCR in the endosome can be detected within minutes (eg, about 3-15 minutes) of agonist addition and retained for a long time (eg, 1 hour). The interaction of arrestin with GPCRs on endosomes can result in strong and easily recognizable signals that are maintained for long periods of time.
[0160]
The method for screening a compound for GPCR activity of the present invention results in cells expressing at least one modified GPCR. The cell contains arrestin that binds to a detectable molecule. The cells are exposed to a test compound. Detect the location of arrestin in cells. The position of arrestin in the cell in the presence of the compound is compared to the position of arrestin in the cell in the absence of the compound, and (1) the position of arrestin in the cell in the presence of the compound and (2) Correlate differences in the location of arrestin within the cell in the absence of compound.
[0161]
As an example, compounds and sample solutions can be screened for GPCR agonist activity using the modified GPCRs of the present invention. In this way, cells are obtained which express at least one modified GPCR of the invention and further comprise a conjugate of an arrestin and a detectable molecule. The cells are exposed to the compound to be tested or a sample solution. It is detected whether the interaction of the arrestin with the modified GPCR increases after exposure to the test compound and the solution, and this increased interaction is indicative of the compound or solution having GPCR agonist activity. The interaction of arrestin with a GPCR can be detected in endosomes, clathrin-coated pits, near cell membranes, and the like. The modified GPCR can also be linked to a molecule, preferably at the carboxyl terminus. As explained above, modifications to the GPCR in the present invention should not affect the natural affinity of the GPCR for agonists or ligands.
[0162]
As an example, compounds and sample solutions can be screened for GPCR antagonist or inverse agonist activity using the modified GPCRs of the invention. Cells are obtained which express at least one modified GPCR of the invention and further comprise a conjugate of arrestin and a detectable molecule. The cells are exposed to the compound or sample solution to be tested and a known agonist of the GPCR. It is detected whether the interaction of the arrestin with the modified GPCR is reduced after exposure to the test compound and the solution, and a decrease in this interaction is indicative of the compound or solution having GPCR antagonist or inverse agonist activity. The interaction of arrestin with a GPCR can be detected in endosomes, clathrin-coated pits, near cell membranes, and the like. The modified GPCR can also be linked to a molecule, preferably at the carboxyl terminus. As explained above, modifications to the GPCR in the present invention should not affect the natural affinity of the GPCR for agonists or ligands.
[0163]
As a further example, compounds and sample solutions can be screened for GPCR desensitization activity using the modified GPCRs of the present invention. Cells are obtained that express at least one first modified GPCR of the invention and further comprise a conjugate of arrestin and a detectable molecule. The first cell is exposed to the compound or sample solution to be tested and a known agonist of the first GPCR. It is detected whether the interaction of the arrestin with the first modified GPCR decreases or does not increase after exposure to the test compound and the solution, wherein a decrease or lack of this interaction indicates that the compound or solution has desensitizing activity An indicator of that. The interaction of arrestin with a GPCR can be detected in endosomes, clathrin-coated pits, near cell membranes, and the like. Cells are obtained which express at least one second modified GPCR of the invention and further comprise a conjugate of arrestin and a detectable molecule. The second modified GPCR is not related to the first modified GPCR. The second cell is exposed to the compound or sample solution to be tested and a known agonist of the second GPCR. It was detected whether the interaction of the arrestin with the second modified GPCR was reduced or not increased after exposure to the test compound and the solution, and a decrease or lack of this interaction was independent of the GPCR in which the compound or solution was expressed. It is an indicator of having the GPCR desensitizing activity. The interaction of arrestin with a GPCR can be detected in endosomes, clathrin-coated pits, near cell membranes, and the like.
[0164]
The methods of assessing GPCR pathway activity of the present invention also include cell-free assays. In the cell-free assay of the present invention, a precipitated substrate (the modified GPCR of the present invention) is obtained. A fluid comprising a conjugate of arrestin and a detectable molecule is also obtained. Induces arrestin translocation and detects the interaction of arrestin with GPCRs. GPCRs and arrestins are obtained from whole cells and can be used for cell-free assays after purification. The modified GPCR has an arrestin binding site and an agonist binding site and can be supported in a multilayer or bilayer lipid vesicle. The vesicles supporting the modified GPCR precipitate on the substrate, supporting the modified GPCR in lipid vesicles on the substrate such that the arrestin binding site is exposed to the arrestin and the receptor binding site is accessible to the agonist. Can be precipitated. Substrates include any artificial substrate on which the GPCR can be precipitated (glass, plastic, ceramic, semiconductor, silica, fiber optics, diamond, biocompatible monomers, biocompatible polymers, polymer beads (organic and inorganic polymers), etc. But not limited thereto).
[0165]
The invention relates to compounds identified as ligands, agonists, antagonists, inverse agonists or DACs by the assay method of the invention. These compounds can be used to treat any one of the diseases involving GPCRs. The identified compounds can be administered to a human or non-human in a therapeutically effective amount for treating or ameliorating a condition, disorder, or disease involving a GPCR. A therapeutically effective amount refers to that amount of the compound that is sufficient to ameliorate the symptoms of such a condition, disorder, or disease.
[0166]
[Method of identifying compound that regulates GPCR desensitization]
The present invention relates to a method for screening a compound that regulates GPCR desensitization. The method uses a modified GRK that is constitutively dephosphorylated by constitutively phosphorylating the GPCR. Even though GPCR agonists are unknown, they can be used to identify compounds that alter GPCR desensitization. Once identified, these compounds can modulate GPCR activity and can be useful as drugs useful in the treatment of one or more diseases associated with GPCRs.
[0167]
In a preferred method of the present invention, cells are obtained that comprise an expression system and a nucleic acid encoding a modified GPCR and that are constitutively desensitized to GPCRs expressed in the cells. These cells may further contain arrestin that binds to GFP.
[0168]
Preferred methods for identifying compounds that inhibit GPCR internalization include: (a) obtaining cells containing a GPCR, arrestin, and modified GRK; (b) exposing the cells to the compound; and (c) exposing the cells to the GPCR. Or determining the cellular distribution of arrestin; (d) (1) the position of the labeled molecule in the cell in the presence of the compound and (2) the position of the labeled molecule in the cell in the absence of the compound Correlating the difference with the regulation of GPCR internalization. Non-limiting examples of this method are described in FIGS. 4, 5, 6, and 7 and Examples 2, 3, 4, 5, 6, and 7.
[0169]
The GRK of step (a) above can be GRK 1, 2, 3, 4, 5, 6, or any other GRK (including splice variants, biologically active fragments, or modified GRKs). GRK can be overexpressed and / or expression can be inducible. GRKs can include a CAAX motif.
[0170]
In the above method, an agonist may or may not be obtained.
[0171]
Methods for detecting labeled molecules and identifying cellular distribution of GPCRs or arrestins are described below.
[0172]
GPCRs useful in the invention include GPCRs with known agonists, GPCRs with no known agonists, GPCRs listed in FIG. 1, GPCRs shown in FIGS. 3, 4, 5, 6, and 7, Class A GPCRs, Class B GPCR, taste receptor, odorant receptor, orphan GPCR, modified GPCR, U.S. Patent Application Nos. 10 / 054,616, 09 / 993,844, 10 / 095,620, 10 / 101,235, 09 / 631,468, 10 / 141,725, 10 / 161,916, 09 / 469,554, 09 / 772,644, 60 / 393,789, and 60 / 379,986 (hereby incorporated by reference). Or a biologically active fragment of the GPCR described above. Not a constant.
[0173]
[Vector, nucleic acid, host cell for protein expression]
The present invention relates to modified GRKs, including GRKs that are overexpressed and whose expression is inducible.
[0174]
A nucleic acid encoding the modified GRK is obtained. The present invention relates to the expression, overexpression, and inducible expression of these proteins. As described below, it can be expressed by an appropriate expression system contained in the vector.
[0175]
One aspect of the present invention relates to a combination of (1) a nucleic acid encoding a modified GRK and (2) a modified GRK expression system in which a GPCR is constitutively desensitized. The modified GRK expression system can include a promoter or origin of replication.
[0176]
Another aspect of the invention relates to a modified GPCR, a nucleic acid encoding the modified GPCR, and a host cell for expressing the modified GPCR.
[0177]
A nucleic acid encoding the modified GPCR is obtained. The present invention relates to the expression, overexpression, and inducible expression of these proteins. As described below, expression can be achieved by an appropriate expression system contained in the vector.
[0178]
A feature of the invention is the expression of the DNA sequences disclosed herein. As is well known in the art, a DNA sequence is expressed in a suitable expression vector by operable linkage to an expression control sequence and use of the expression vector to transform a suitable single-cell host. be able to. The transforming DNA may or may not be integrated (covalently linked) into the chromosomal DNA making up the cell genome.
[0179]
Such an operable linkage of a DNA sequence of the invention to an expression control sequence, of course, includes an initiation codon (ATG) in the correct reading frame upstream of the DNA sequence, if not already part of the DNA sequence. It is.
[0180]
A wide variety of host / expression vector combinations can be used to express the DNA sequences of the present invention. Useful expression vectors can consist of, for example, segments of chromosomal, non-chromosomal, and synthetic DNA sequences. Suitable vectors include SV40 derivatives, known bacterial plasmids (such as E. coli plasmids colEI, pCR1, pBR322, pMB9, and derivatives thereof), plasmids such as RP4, phage DNAS (eg, a number of derivatives of λ phage). (Eg, NM989), and other phage DNAs (eg, M13 and filamentous single-stranded phage DNA), yeast plasmids (2μ plasmid or derivative thereof), vectors useful in eukaryotic cells (useful in insect or mammalian cells) And vectors derived from a combination of plasmid and phage DNA (such as a plasmid modified to use phage DNA or other expression control sequences).
[0181]
Any of a wide variety of expression control sequences (sequences that control the expression of an operably linked DNA sequence) can be used in these vectors to express a DNA sequence of the present invention. Such useful expression control sequences include, for example, the early or late promoters of SV40, CMV, vaccinia, polyoma, or adenovirus, lac, trp, TAC, TRC, LTR, LTR, λ phage major. Operator and promoter regions, regulatory regions of coat proteins, promoters of 3-phosphoglycerate kinase or other glycolytic enzymes, promoters of acid phosphatase (eg, Pho5), promoters of yeast alpha mating factor, and prokaryotic or eukaryotic cells Or other sequences known to regulate gene expression of the virus, as well as combinations thereof.
[0182]
A wide variety of unicellular host cells are also useful for expressing the DNA sequences of the present invention. These hosts include the well-known eukaryotic and prokaryotic hosts E. coli. E. coli, Pseudomonas, Bacillus, Streptomyces, and other strains, fungi such as yeast, plant cells, nematode cells, and HEK-293, U2OS, CHO, RI. 1, BW, and LM cells Animal cells, such as African green monkey kidney cells (eg, COS1, COS7, BSC1, BSC40, and BMT10), insect cells (eg, Sf9), and human cells and plants in tissue culture May include cells. In one aspect of the invention, the host cells include GRK-C20 and arrestin. In a further aspect of the invention, host cells include GRK-C20, arrestin, and GPCR.
[0183]
It is understood that, but not all vectors, expression control sequences and hosts will function equally well to express the DNA sequences of the present invention. Not all hosts will function equally well with the same expression system. However, one of ordinary skill in the art can select appropriate vectors, expression control sequences, and hosts without undue experimentation to achieve the desired expression without departing from the scope of the present invention. For example, in selecting a vector, the host must be considered because the vector must function in the host. The copy number of the vector, the ability to control copy number, and the expression of any other proteins encoded by the vector (such as antibiotic markers) are also considered.
[0184]
In selecting an expression control sequence, various factors are usually considered. These include, for example, the relative strength of the system, its modulatability, and its compatibility with the preferred DNA sequences that express, among other things, potential secondary structure. Suitable single-cell hosts include, for example, compatibility with selected vectors, secretion properties, ability to specifically fold the protein and fermentation requirements, and toxicity of the sample encoded by the expressed DNA sequence to the host and ease of purification of the expressed product. To choose.
[0185]
In view of these and other factors, one skilled in the art can construct various vector / expression control sequence / host combinations that express the DNA sequences of the present invention in fermentation or large animal culture.
[0186]
It is further contemplated that the modified GRK analog can be tailored from the nucleotide sequence of the protein complex / subunit derived within the scope of the present invention. Analogs such as fragments can be produced, for example, by pepsin digestion of GRK material. Other analogs, such as muteins, can be produced by standard site-directed mutagenesis of the GRK coding sequence. Analogs that exhibit "GRK activity", such as small molecules that function as either promoters or inhibitors, can be identified by known in vivo and / or in vitro assays.
[0187]
As described above, a DNA sequence encoding a modified GRK can be prepared by synthesis rather than cloning. DNA sequences can be designed using the appropriate codons of the GRK amino acid sequence. In general, one will select preferred codons for the intended host if the sequence will be used for expression. The complete sequence is constructed from duplications of the oligonucleotides prepared by standard methods and assembled into the complete coding sequence. See, eg, Edge, Nature, 292, 756, 1981; Nambair et al., Science, 223, 1299, 1984; Jay et al. Biol. Chem. , 259, 6311, 1984.
[0188]
Synthetic DNA sequences allow genes that express GRK analogs or "variants" to be conveniently constructed. Alternatively, DNA encoding muteins can be made by site-directed mutagenesis of a native or modified GRK gene or cDNA, and muteins can be made directly using conventional polypeptide synthesis.
[0189]
General methods for site-specific incorporation of unnatural amino acids into proteins are described in ChristopherJ. Noren, Spencer J. et al. Anthony-Cahill, Michel C .; Griffith, Peter G. Schultz, Science, 244, 182-188, April 1984. Using this method, analogs can be made with unnatural amino acids.
[0190]
Additional motifs, such as epitope tags or sequences, to aid in purification can be incorporated into the nucleic acid encoding the modified GRK or GPCR. Preferably, the nucleic acid encoding the motif may be at the 5 'or 3' end of the nucleic acid, causing the motif to be at the N or C terminus of the protein.
[0191]
[Joints (The conjugates)]
The cells used in the assays of the invention can contain a conjugate of an arrestin protein and a detectable molecule. In the cells and methods of the invention, the cells may also include a conjugate of the modified GPCR of the invention with a detectable molecule.
[0192]
All types of arrestins (naturally occurring arrestins, including visual arrestin, cone arrestin, β arrestin 1, and β arrestin 2, and engineered variants) can be used in the present invention. The modified GPCRs of the invention are capable of interacting with all types of arrestin at detectable levels.
[0193]
Detectable molecules that can be used to bind arrestin include spectroscopy, photochemistry, biochemistry, immunochemistry, electrical, radioactive, and optical means (including bioluminescence, phosphorescence, and fluorescence. , But not limited thereto). Detectable molecules include, but are not limited to, GFP, luciferase, β-galactosidase, rhodamine binding antibodies, and the like. Detectable molecules include radioisotopes, epitope tags, affinity labels, enzymes, fluorophores, chemiluminescers, and the like. Detectable molecules include those molecules that are detected indirectly or directly as a function of interaction with another molecule. These detectable molecules should be biocompatible molecules and should not interfere with the ability of arrestin to interact with the GPCR system, and the interaction of arrestin with the GPC system will increase the ability of the detectable molecule to detect Do not interfere. Preferred detectable molecules include optically detectable proteins that can be excited chemically, mechanically, electrically, or radioactively to emit fluorescence, phosphorescence, or bioluminescence. Is a molecule that can be detected. More preferred detectable molecules are molecules that are intrinsically fluorescent, such as fluorescent proteins, including green fluorescent protein (GFP). Detectable molecules can be conjugated to arrestin proteins by the methods described by Barak et al. (US Pat. Nos. 5,891,646 and 6,110,693). The detectable molecule can be conjugated at the arrestin front end, back end, or in the middle.
[0194]
GPCRs and biologically active fragments thereof can also be conjugated to a detectable molecule. Preferably, the carboxyl terminus of the GPCR is conjugated to a detectable molecule. A carboxyl terminal tail conjugated or linked to a detectable molecule can be used in a carboxyl terminal tail exchange to obtain a detectably labeled GPCR.
[0195]
When the GPCR binds to a detectable molecule, the proximity of the GPCR to arrestin can be easily detected. Furthermore, in the case of a conjugate with a molecule capable of detecting a GPCR, compartmentalization of the GPCR with arrestin can be easily confirmed. Detectable molecules used for binding to GPCRs include, for example, optics that can be chemically, mechanically, electrically, or radioactively excited to emit fluorescence, phosphorescence, or bioluminescence. It may include the molecules described above, including those that are specifically detectable. Preferred optically detectable molecules can be detected by immunofluorescence, luminescence, fluorescence, and phosphorescence.
[0196]
For example, a GPCR can be an antibody labeled with an antibody coupled to an immunofluorescent molecule, or a GPCR can be coupled to a fluorescent donor. In particular, a GPCR can be conjugated, for example, to a luciferase (eg, Renilla luciferase) or a rhodamine-binding antibody (eg, a rhodamine-conjugated anti-HA mouse monoclonal antibody). Preferably, the carboxy-terminal tail of the GPCR can be conjugated to a fluorescent donor (eg, luciferase). L. S. Barak et al., “Functionally Intact β 2 Internal transport and surface mobility of adrenergic receptor-green fluorescent protein conjugates, "Mol. Pharm. , 1997, 51, 177-184, a GPCR, preferably a carboxy-terminal tail, can also be attached to GFP.
[0197]
[Cell type and substrate]
The cells of the invention are capable of expressing at least one modified GPCR of the invention. The cell may further comprise a conjugate of the arrestin protein and a detectable molecule. Useful cells include prokaryotic and eukaryotic cells, including but not limited to bacterial cells, yeast cells, fungal cells, insect cells, nematode cells, plant cells, and animal cells. Suitable animal cells include, but are not limited to, HEK-293 cells, U2OS cells, HeLa cells, COS cells, and various primary mammalian cells. Animal models expressing conjugates of arrestin with a detectable molecule throughout the tissue or in a particular type of organ or tissue can also be used.
[0198]
The cells of the present invention are capable of expressing one variant protein in which the GPCR is localized in endocytic vesicles or endosomes in an agonist-independent manner.
[0199]
The substrate could accumulate on multiple cells of the invention. The substrate can be any biomatrix, including, but not limited to, glass, plastic, ceramic, semiconductor, silica, fiber optics, diamond, biocompatible monomers, or biocompatible polymeric materials.
[0200]
[Detection method]
The subcellular location of the detectably labeled arrestin, the subcellular location of the detectably labeled GPCR, the interaction of the detectably labeled arrestin, the GPCR or any other cellular structure (eg, arrestin or Methods for detecting other members of a GPCR / arrestin complex having GPCR clustering, co-localization of arrestin and GPCR in endosomes, arrestin or GPCR clustering in good b clathrin-coated pits, etc. Will vary depending on the detectable molecule used.
[0201]
One skilled in the art can devise an appropriate detection method for the detectable molecule used. For optically detectable molecules, any optical method can be used that allows a change in fluorescence, bioluminescence, or phosphorescence to be measured by redistribution or redirection of emitted light. Such methods include, for example, polarizing microscopy, BRET, FRET, evanescent wave excitation microscopy, as well as standard or mirror focus microscopy.
[0202]
In a preferred embodiment, arrestin can be conjugated to GFP and the arrestin-GFP conjugate can be detected with a mirror-focus microscope. In another preferred embodiment, arrestin can be conjugated to GFP, GPCR can be conjugated to an immunofluorescent molecule, and the conjugate can be detected with a microscope. In a further preferred embodiment, arrestin is linked to GFP, the carboxy terminus of the GPCR is linked to luciferase, and the conjugate can be detected by bioluminescence resonance emission techniques. In a further preferred embodiment, arrestin is conjugated to luciferase, GPCR is linked to GFP, and the conjugate can be detected in the organism by anti-resonance release technology. The method of the invention indicates detection of GPCR activity. The method of the invention improves the simultaneous monitoring of GPCR pathways.
[0203]
In a preferred embodiment, the localization pattern of the detectable molecule is identified. In a preferred embodiment, changes in the localization pattern of the detectable molecule can be identified. The localization pattern may indicate the cellular distribution of the detectable molecule. Certain detection methods are described in the United States and Provisional Application No. 10 / 095,620, filed on March 12, 2002, claiming priority of US Provisional Application No. 60 / 275,339, filed on March 13, 2001. (Herein incorporated by reference).
[0204]
The molecule can also be detected by interaction with another detectably labeled molecule, such as an antibody.
[0205]
[Test kit]
In a further embodiment of the present invention, a commercially available test kit can be provided that includes a screening assay system for potential drugs effective in modulating GPCR activity. A test kit can include a cell, nucleic acid, or protein described herein. The test kit can be used to perform any of the methods described herein. The GPCR of interest can be introduced into the host cells of the test kit. The test kit may be useful for identifying whether the GPCR is expressed at the plasma membrane, the phosphorylated or non-phosphorylated GPCR binds to arrestin, or the phosphorylated or non-phosphorylated GPCR is internalized. The test kit may be useful for identifying compounds that alter the desensitization of a GPCR of interest.
[0206]
The GPCR can be introduced into a test system, and the expected drug can be introduced into the resulting cell culture, and the culture can then be cultured for GPCR activity (eg, signal transduction, recycling, affinity for arrestin). (E.g., gender).
[0207]
The following examples are provided to more fully illustrate the preferred embodiments of the present invention. However, the examples should not be construed as limiting the scope of the invention.
[0208]
(Example)
[Example 1]
[Experimental procedure]
The present inventors sub-screened the bovine GRK-C20 cDNA (Inglese et al., Nature, 1992) on the expression vector pcDNA3.1zeo + (Invtrogen). Expression of this cDNA produces GRK2 with a CAAX motif (C is cysteine, A is a small aliphatic residue and X is an uncharged amino acid) attached to the carboxyl terminus. GRK2, a specific CAAX motif bound to the end of CVLL, directs geranylgeranylation (C20 isoprenylation) of this protein. It is localized to the plasma membrane by an enzyme-directed covalent attachment of a 20-carbon geranylgeranyl lipid group to the carboxyl terminus of GRK2 (Inglese et al., Nature, 1992).
[0209]
[Cell culture]
Human fetal kidney (HEK-293) cells were purchased from the American Type Culture Collection (ATCC) and supplemented with 10% (v / v) heat-inactivated fetal bovine serum and gentamicin (100 μg / ml) Eagle's minimum essential medium (EMEM). HEK-293 cells stably expressing arrestin-GFP (HEK293-ArrGFP) were generated by standard procedures using G418 selection (0.4 mg / ml). HEK-293 cells were transiently transfected with arrestin-GFP, the GPCR of interest, and GRK2-20. For control experiments performed in equilibrium, HEK-293 cells were transiently transfected using Arrestin-GFP, using the desired GPCR, and without GRK2-20. HEK-293 cells were transiently transfected with GPCR of interest and GRK2-20 using arrestin-GFP. For parallel control experiments, HEK293 cells transfected with arrestin-GFP were transfected using the GPCR of interest and without GRK2-C20. All transfections were performed by the calcium phosphate precipitation method described above (Oakley et al., 1999). After transfection, cells were maintained in culture medium (EMEM supplemented with 10% FCS and 10 μg / ml gentamicin) for about 24 hours. The cells were then plated in 35 mm glass bottom dishes (MatTek) and incubated for an additional 16-24 hours. Transformed GPCRs were incubated with known GPCRs (receptors whose natural ligands are known) and orphan GPCRs (receptors whose natural ligands have not yet been identified).
[0210]
[Mirror focus microscope]
Transfected HEK-293 cells were plated in 35 mm glass bottom dishes (MatTek) and incubated overnight. The next day, the medium was removed, replaced with serum-free medium supplemented with 10 mM HEPES, and further incubated at 37 ° C. for 1 hour. The distribution of arrestin-GFP was then evaluated using a Zeiss laser scanning confocal microscope (LSM 5 Pascal). Using singleline excitation (488 nm) and an LP505 emission filter, images containing 63 times the oil object were obtained from living cells.
[0211]
[Example 2]
[Agonist-independent desensitization of known GPCR upon expression of modified GRK]
The present invention provides that the overexpression of GRK2-C20 (Inglese et al., Nature, 192) expressed at the plasma membrane in cells expressing arrestin-GFP promotes arrestin-GFP binding to GPCRs in the absence of ligand. To be identified.
[0212]
HEK293 cells transfected with arrestin-GFP were transiently transfected with the desired GPCR with or without GRK2-C20. Arrestin-GFP distribution was determined using confocal microscopy. Desensitization of arrestin-GFP at clathrin-coated pits, endocytic vesicles, endosomes, or other stages of the desensitization pathway indicated arrestin-GFP binding to GPCRs. Therefore, desensitization of GPCRs visualized by arrestin-GFP binding to GPCRs was analyzed.
[0213]
In the absence of agonist, arrestin-GFP is localized to small pits (probably clastin-coated pits) at the plasma membrane in cells expressing either GRK2-20C and cannabinoid type 2 receptor (CB2R) (FIG. 4). In addition, in the absence of agonist, arrestin-GFP can bind to GRK2-C20 and angiotensin II type IA receptor (AT1AR), vasopressin V2 receptor (V2R) (FIG. 4), or neurokinin1 / substrate P receptor ( NK-1 or SPR) were localized in endocytic vesicles in cells expressing either. In control cells that express each receptor (CB2R, AT1AR, V2R, or SPR), but lack GRK2-C20, arrestin-GFP is scattered and expressed in the cytoplasm and pits or small intracellular cells at the plasma membrane. It was not localized to any significant extent in the vesicle (FIG. 4).
[0214]
[Example 3]
[Agonist-independent desensitization of orphan GPCR upon expression of modified GRK]
The present invention provides that the overexpression of GRK2-C20 (Inglese et al., Nature, 192) expressed at the plasma membrane in cells expressing arrestin-GFP promotes arrestin-GFP binding to GPCRs in the absence of ligand. To be identified.
[0215]
As described above, HEK293 cells transiently transfected with arrestin-GFP were transiently transfected with the GPCRs of interest and with or without GRK2-C20. Arrestin-GFP distribution was determined using confocal microscopy. Desensitization of arrestin-GFP at clathrin-coated pits, endocytic vesicles, endosomes, or other stages of the desensitization pathway indicated arrestin-GFP binding to GPCRs. Therefore, desensitization of GPCRs visualized by arrestin-GFP binding to GPCRs was analyzed.
[0216]
In the absence of agonist, arrestin-GFP localized to small pits (probably crustin-coated pits) at the plasma membrane in cells expressing the orphan receptor GPR55 (FIG. 7). In control cells that express GPR55 but lack GRK2-C20, arrestin-GFP is scattered in the cytoplasm and is not localized to any significant extent in pits or intracellular vesicles at the plasma membrane. (FIG. 7). Other orphan GPCRs are described below.
[0219]
[Example 4]
[Method for analyzing arrestin binding ability of GPCR]
The present inventors have developed a method for identifying whether a GPCR of interest is expressed at the plasma membrane. Preferably, the expression of the orphan GPCR can be analyzed in a host cell where the GPCR is desensitized in an agonist-independent manner as described herein.
[0218]
As described above, HEK293 cells transiently transfected with arrestin GFP were transiently transfected with the GPCRs of interest and with or without GRK2-C20. Arrestin-GFP distribution was determined using confocal microscopy. Desensitization of arrestin-GFP at clathrin-coated pits, endocytic vesicles, endosomes, or other stages of the desensitization pathway indicated arrestin-GFP binding to GPCRs. Therefore, desensitization of GPCRs visualized by arrestin-GFP binding to GPCRs was analyzed.
[0219]
Certain GPCRs have been localized in clathrin-coated pits, endocytic vesicles, endosomes, or other stages of the desensitization pathway, as described above. This localization indicates that the GPCR has the ability to bind arrestin, since arrestin binding needs to be subsequently localized in the desensitization pathway. GPCRs that do not bind arrestin do not enter or localize the desensitization pathway. GPCRs that do not bind to arrestin can be altered to bind to arrestin. We have modified certain GPCRs to enhance arrestin affinity, as described below.
[0220]
[Example 5]
[Method for increasing the arrestin binding ability of GPCR]
We modified the GPCR to enhance its binding to arrestin. These modifications are described in US patent application Ser. No. 09 / 93,844. The GPCR was modified to be better phosphorylated by GRK at its C-terminal tail. These modified and phosphorylated GPCRs enhanced binding to arrestin. Demonstrated increased internalization. The letter E (enhanced phosphorylation) is added to the end of the name of the GPCR modified in this manner.
[0221]
A modified GPCR construct was created by the polymerase chain reaction according to standard protocols, which contains the HA epitope. A chimeric receptor was constructed in which the carboxy-terminal tail of the GPCR and V2R was exchanged one for the other after the putative palmitoylation site (Figure 3). The sequence of the DNA construct was confirmed by DNA sequencing.
[0222]
A nucleic acid of a target GPCR is prepared by adding a NotI restriction enzyme site (gcggccgc) immediately after a codon of a cysteine residue (presumed palmitoyl site) 10 to 25 amino acids (preferably 15 to 20) downstream of NRXY fused to the V2R carboxyl terminus. PCR amplification was performed with the transferred primers. The amplified receptor DNA fragment was then subcloned into the pEArrB-1 vector (US patent application Ser. No. 09 / 993,844) using a NotI restriction site and an additional restriction site upstream of the receptor atg start codon. When expressed, the modified GPCR contains a 31 amino acid peptide fused to the receptor carboxyl terminus. The first two amino acids are Ala residues due to the NotI site and the last 29 amino acids are from the V2R carboxyl terminus.
[0223]
We have modified the carboxyl-terminal tail of the following receptors described above and in US patent application Ser. No. 09 / 993,844. β2 adrenergic receptor (β2ARE), dopamine D1A receptor (D1ARE), mu opioid receptor (MORE), orphan GRK3 (GPR3E), orphan GRK6 (GPR6E), orphan GRK12 (GPR12E), orphan GRK7 (GPR7E), orphan GRK8 (GPR8E), orphan GRK55 (GPR55E), orphan GRKB2 (GPRB2E), and orphan GRKB3 (GPRB3E). “E” indicates “enhanced arrestin binding”. In the absence of an agonist, arrestin GFP localized to the endocytotic Commerce for each of the modified GPCRs described above when co-expressed with GRK2-C20 (FIGS. 4, 5, 6, and 7). For some of these modified receptors (orphan GPR6E), a small but significant amount of arrestin-GFP was localized in intracellular vesicles in regulatory cells lacking GRK2-C20 (FIG. 5). ). However, overexpression of GRK2-C20 at these receptors promoted a marked increase in this response (FIG. 5). The amino acid and nucleic acid sequences of these modified GPCRs, wild-type sequences, and HA-tagged modified GPCRs are shown in FIG. 3 and SEQ ID NOs: 35-90.
[0224]
[Example 6]
[Method for discriminating whether or not target GPCR is expressed in plasma membrane]
The present inventors have developed a method for identifying whether a GPCR of interest is expressed at the plasma membrane.
[0225]
HEK293 cells transiently transfected with arrestin-GFP were transiently transfected with the GPCRs of interest and with or without GRK2-C20. Arrestin-GFP distribution was determined using confocal microscopy. Desensitization of arrestin-GFP at clathrin-coated pits, endocytic vesicles, endosomes, or other stages of the desensitization pathway indicated arrestin-GFP binding to GPCRs. Therefore, desensitization of GPCRs visualized by arrestin-GFP binding to GPCRs was analyzed.
[0226]
Certain GPCRs have been localized in clathrin-coated pits, endocytic vesicles, endosomes, or other stages of the desensitization pathway, as described above. Since plasma membrane expression needs to be subsequently localized in the desensitization pathway, this localization indicates that the GPCR is expressed at the plasma membrane. GPCRs that are not expressed at the plasma membrane do not localize to the desensitization pathway. GPCRs that are not expressed at the plasma membrane can be altered to be expressed at the plasma membrane. For example, the expression of the GPCR can be altered, the amino acid sequence of the GPCR can be altered, or the GPCR can be transferred to another host cell.
[0227]
[Example 7]
[Monitoring of desensitization of GPCR mutant]
Desensitization in cells containing GPCR variants can be monitored. Desensitization of GPCR variants may depend on GRK overexpression.
[0228]
Human β containing point mutation 2 The vector containing AR-EY-326A (in which tyrosine residue 326 has been converted to alanine) is transfected into cells expressing arrestin-GFP and GRK that can be modified. "E" indicates that the GPCR has been modified as described above. The Y326 mutant makes the GPCR dependent on overexpressed GRK for phosphorylation and subsequent desensitization. β 2 Desensitizes upon expression of GRK-C20 in the absence of AR-Y326A agonist. GRK expression can be altered, including methods of altering the amount of GRK nucleic acid in a cell using an inducible promoter, a replication regulatory mechanism such as an origin of replication, and manually altering the amount of a vector in a cell. Including methods.
[0229]
Cells are seeded in 96-well or higher density plates and incubated overnight. The next morning, only the activator of the induction system or excipient is added to the wells to induce overexpression of GRK or modified GRK. An agonist is added to cells expressing GRK.
[0230]
The compound of interest is then added to the wells to see if they alter arrestin-GFP internalization. The cells are then fixed with 2% paraformamide and the amount of arrestin-GFP translocation is measured using an image analysis system.
[0231]
Although the invention is illustrated herein with reference to various specific materials, procedures, and examples, the invention is not limited to the specific material combinations and procedures selected for this purpose. It is understood that. As will be appreciated by those skilled in the art, many variations on such items may be contemplated.
[0232]
The following is a list of documents relating to the above disclosure as well as experimental procedures and considerations. The following documents and any documents referenced in the above specification should be considered to be incorporated herein by reference.
[Table 1]
Figure 2004248506
[Table 1 (continued)]
Figure 2004248506

[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a list of GPCRs that can be used in the present invention.
FIG. 1B is a list of GPCRs that can be used in the present invention.
FIG. 1C is a list of GPCRs that can be used in the present invention.
FIG. 2 is a list of GRKs that can be used in the present invention. 1 shows the amino acid and nucleic acid sequences of certain GRKs. 1 shows the amino acid sequence and nucleic acid sequence of GRK2-C20 (modified GRK).
FIG. 3 is a list of GPCRs with enhanced affinity for arrestin. 1 shows an amino acid sequence and a nucleic acid sequence.
FIG. 4 shows agonist-independent translocation of arrestin GFP to GPCR in the presence of GRK2-C20.
FIG. 5 shows agonist-independent translocation of arrestin GFP to GPCR in the presence of GRK2-C20.
FIG. 6 shows agonist-independent translocation of arrestin GFP to GPCR in the presence of GRK2-C20.
FIG. 7 shows agonist-independent translocation of arrestin GFP to GPCR in the presence of GRK2-C20.

Claims (49)

GPCRの内在化を変化させる化合物の識別方法であって、
(a)GPCR、アレスチン、および改変GRKを含む細胞であって、前記GPCRが前記GRKの発現の際にアゴニストに非依存的な様式で少なくとも一部が内在化することを特徴とする細胞を得る工程と、
(b)前記細胞を前記化合物に曝露する工程と、
(c)前記GPCR、アレスチン、または改変GRKの細胞分布を決定する工程と、
(d)(1)前記化合物の存在下での細胞中の前記GPCR、アレスチン、または改変GRKの細胞分布と、(2)前記化合物の非存在下での細胞中の前記GPCR、アレスチン、または改変GRKの細胞分布との相違をモニターする工程と
を含む方法。
A method for identifying a compound that alters the internalization of a GPCR, comprising:
(A) obtaining a cell comprising a GPCR, an arrestin, and a modified GRK, wherein said GPCR is at least partially internalized in an agonist-independent manner upon expression of said GRK. Process and
(B) exposing the cells to the compound;
(C) determining the cell distribution of the GPCR, arrestin, or modified GRK;
(D) (1) the cellular distribution of the GPCR, arrestin, or modified GRK in cells in the presence of the compound; and (2) the GPCR, arrestin, or modified in cells in the absence of the compound. Monitoring the difference of GRK from the cell distribution.
前記工程(a)の前記GRKが過剰発現される、請求項1に記載の方法。2. The method of claim 1, wherein said GRK of step (a) is overexpressed. 前記工程(a)の前記GRKの発現が誘導性である、請求項1に記載の方法。2. The method of claim 1, wherein said GRK expression in step (a) is inducible. 前記GRKがCAAXモチーフを含む、請求項1に記載の方法。2. The method of claim 1, wherein said GRK comprises a CAAX motif. 前記GPCRがGRKによって、リン酸化が増強されるように改変された、請求項1に記載の方法。2. The method of claim 1, wherein the GPCR has been modified by GRK to enhance phosphorylation. 前記GPCRがβAR(Y326A)である、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein said GPCR is β2AR (Y326A). 前記GPCRが図1に列挙されたGPCR、オーファンGPCR、改変GPCR、味覚受容体、クラスA GPCR、クラスB GPCR、変異GPCR、またはその生物学的に活性なフラグメントである、請求項1に記載の方法。2. The GPCR of claim 1, wherein the GPCR is a GPCR, an orphan GPCR, a modified GPCR, a taste receptor, a class A GPCR, a class B GPCR, a mutant GPCR, or a biologically active fragment thereof as listed in FIG. the method of. 前記GRKが、GRK1、GRK2、GRK3、GRK4、GRK5、GRK6、またはその生物学的に活性なフラグメントである、請求項1に記載の方法。2. The method of claim 1, wherein said GRK is GRK1, GRK2, GRK3, GRK4, GRK5, GRK6, or a biologically active fragment thereof. 前記GPCR、GRK、およびアレスチンが検出可能に標識されている、請求項1に記載の方法。2. The method of claim 1, wherein said GPCR, GRK, and arrestin are detectably labeled. 脱感作に関連する分子が検出可能に標識されているか、脱感作に関連する分子に相互作用する分子が検出可能に標識されている、請求項1に記載の方法。2. The method of claim 1, wherein the molecule associated with desensitization is detectably labeled, or a molecule that interacts with the molecule associated with desensitization is detectably labeled. 前記アレスチンが、視覚アレスチン、網膜錐体アレスチン、βアレスチン1、βアレスチン2、またはその生物学的に活性なフラグメントである、請求項1に記載の方法。2. The method of claim 1, wherein the arrestin is visual arrestin, cone arrestin, beta arrestin 1, beta arrestin 2, or a biologically active fragment thereof. アゴニストが得られない、請求項1に記載の方法。2. The method according to claim 1, wherein no agonist is obtained. 前記工程(d)の(1)と(2)との相違は、GPCR内在化が調節されていることを示す、請求項1に記載の方法。The method of claim 1, wherein the difference between (1) and (2) in step (d) indicates that GPCR internalization is regulated. GPCRのリン酸化を変化させる化合物の識別方法であって、
(a)GPCRおよびGRKを含む細胞を得る工程と、
(b)前記細胞を前記化合物に曝露する工程と、
(c)前記化合物の存在下でGPCRのGRKによるリン酸化が変化するかどうかを識別する工程と
を含む方法。
A method for identifying a compound that alters phosphorylation of a GPCR, comprising:
(A) obtaining a cell containing a GPCR and GRK;
(B) exposing the cells to the compound;
(C) identifying whether GRK phosphorylation of a GPCR is altered in the presence of said compound.
前記GPCRまたはGRKの細胞分布を決定する、請求項14に記載の方法。15. The method of claim 14, wherein the cellular distribution of the GPCR or GRK is determined. (1)前記化合物の存在下での細胞中の前記GPCRまたはGRKの細胞分布と、(2)前記化合物の非存在下での細胞中の前記GPCRまたはGRKの細胞分布との相違をモニターする、請求項14に記載の方法。Monitoring the difference between (1) the cellular distribution of the GPCR or GRK in the cell in the presence of the compound and (2) the cellular distribution of the GPCR or GRK in the cell in the absence of the compound. The method according to claim 14. 前記(1)と(2)との相違を、前記GPCRのリン酸化と相関させる、請求項16に記載の方法。17. The method of claim 16, wherein the difference between (1) and (2) is correlated with phosphorylation of the GPCR. 前記GRKが原形質膜中に存在せず、このことが、前記GPCRのGRKによるリン酸化が変化したことを示す、請求項14に記載の方法。15. The method of claim 14, wherein the GRK is absent from the plasma membrane, indicating that GRK phosphorylation of the GPCR has been altered. 前記GPCRのリン酸化状態を決定する、請求項14に記載の方法。15. The method of claim 14, wherein the phosphorylation status of the GPCR is determined. 前記GRKの活性を決定する、請求項14に記載の方法。15. The method of claim 14, wherein said GRK activity is determined. 前記GPCRの内在化能力を決定する、請求項17に記載の方法。18. The method of claim 17, wherein the ability of the GPCR to internalize is determined. 目的のGPCRが原形質膜で発現するかどうかを同定する方法であって、
(a)GPCR、アレスチン、およびGRKを含む細胞であって、前記アレスチンが検出可能に標識されていることを特徴とする細胞を得る工程と、
(b)前記アレスチンの細胞分布を決定する工程と、
(c)前記アレスチンの細胞分布をGPCRの原形質膜で発現する能力に相関させる工程と
を含む方法。
A method for identifying whether a GPCR of interest is expressed at the plasma membrane,
(A) obtaining a cell comprising a GPCR, an arrestin, and a GRK, wherein the arrestin is detectably labeled;
(B) determining the cell distribution of the arrestin;
(C) correlating the cellular distribution of the arrestin with the ability of the GPCR to express at the plasma membrane.
前記アレスチンが、小胞、ピット、エンドソーム、または脱感作経路中のいたる場所に局在する、請求項22に記載の方法。23. The method of claim 22, wherein the arrestin is localized in vesicles, pits, endosomes, or elsewhere in the desensitization pathway. 目的のGPCRが原形質膜で発現するかどうかを決定する方法であって、
(a)GPCR、GRK、およびGRKを含む細胞であって、前記GRKが検出可能に標識されていることを特徴とする細胞を得る工程と、
(b)前記GRKの細胞分布を決定する工程と、
(c)前記GRKの細胞分布をGPCRの原形質膜で発現する能力に相関させる工程と
を含む方法。
A method for determining whether a GPCR of interest is expressed at the plasma membrane, comprising:
(A) obtaining a GPCR, a GRK, and a cell containing the GRK, wherein the GRK is detectably labeled;
(B) determining the cell distribution of the GRK;
(C) correlating the cell distribution of the GRK with the ability of the GPCR to express at the plasma membrane.
前記GRKが、原形質膜に局在する、請求項24に記載の方法。25. The method of claim 24, wherein said GRK is located at the plasma membrane. GPCRのアレスチン結合能力を分析する方法であって、(a)GPCR、アレスチン、およびGRKを含む細胞であって、前記アレスチンが検出可能に標識されていることを特徴とする細胞を得る工程と、
(b)前記アレスチンの細胞分布を決定する工程と、
(c)前記アレスチンの細胞分布をGPCRのアレスチン結合能力に相関させる工程と
を含む方法。
A method for analyzing the arrestin binding ability of a GPCR, comprising: (a) obtaining a cell comprising a GPCR, an arrestin, and a GRK, wherein the arrestin is detectably labeled;
(B) determining the cell distribution of the arrestin;
(C) correlating the cell distribution of the arrestin with the arrestin binding ability of the GPCR.
前記アレスチンまたはCPGRが、小胞、ピット、またはエンドソームに局在する、請求項26に記載の方法。27. The method of claim 26, wherein the arrestin or CPGR is located in vesicles, pits, or endosomes. 請求項1によって識別される化合物。A compound identified by claim 1. 宿主細胞中におけるGPCRの脱感作の調節によって疾患を治療する方法であって、
(a)請求項1で識別された化合物を得る工程と、
(b)前記化合物を宿主に投与する工程と
を含む方法。
A method of treating a disease by modulating desensitization of a GPCR in a host cell, comprising:
(A) obtaining the compound identified in claim 1;
(B) administering the compound to a host.
GPCRおよび改変GRKを含む宿主細胞。A host cell containing a GPCR and a modified GRK. 前記GRKが誘導的であるか、または過剰発現する、請求項30に記載の宿主細胞。31. The host cell of claim 30, wherein said GRK is inducible or overexpressed. 前記宿主細胞が、アレスチンをさらに含み、前記アレスチンが検出可能に標識されうる、請求項30に記載の宿主細胞。31. The host cell of claim 30, wherein the host cell further comprises arrestin, wherein the arrestin can be detectably labeled. 少なくとも1つのGPCR、GRK、脱感作に関連する別の分子、または脱感作に関連する分子に相互作用する分子を検出可能に標識する、請求項30に記載の宿主細胞。31. The host cell of claim 30, wherein at least one GPCR, GRK, another molecule associated with desensitization, or a molecule that interacts with a molecule associated with desensitization is detectably labeled. GPCRが構成的に内在化されるGRKをコードする核酸を改変する方法であって、
(a)GRKをコードする核酸を得る工程と、
(b)前記コードされたGRKがCAAXモチーフを含むように、前記GRKをコードする核酸を改変する工程であって、前記改変GRKがアゴニストの存在下でGPCRをリン酸化し、
(c)細胞中で改変GRKを発現させる工程と
を含む方法。
A method for modifying a nucleic acid encoding a GRK in which a GPCR is constitutively internalized, comprising:
(A) obtaining a nucleic acid encoding GRK;
(B) modifying the nucleic acid encoding the GRK so that the encoded GRK contains a CAAX motif, wherein the modified GRK phosphorylates a GPCR in the presence of an agonist;
(C) expressing the modified GRK in the cells.
前記GRKをコードする核酸が、配列番号2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、または34を含む、請求項34に記載の方法。35. The nucleic acid encoding GRK comprises SEQ ID NOs: 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, or 34. The method described in. 請求項30に記載の宿主細胞を含む、前記GPCRの内在化を調整する化合物を識別するためのキット。A kit for identifying a compound that regulates internalization of the GPCR, comprising the host cell according to claim 30. NPXXYモチーフおよびカルボキシル末端テールを含む改変GPCRであって、
前記カルボキシル末端テールが推定パルミトイル化部位および1つまたは複数のリン酸化クラスターを含み、
前記カルボキシル末端テールが、第2のGPCR由来のカルボキシル末端の一部に融合した第1のGPCR部分のカルボキシル末端領域の保持部分を含み、
前記第2のGPCRが、1つまたは複数のリン酸化クラスターを含み、第2のNPXXYモチーフの約10〜25アミノ酸残基下流に第2の推定パルミトイル化部位をさらに含むことを特徴とする改変GPCR。
A modified GPCR comprising an NPXXXY motif and a carboxyl terminal tail,
The carboxyl-terminal tail comprises a putative palmitoylation site and one or more phosphorylation clusters;
The carboxyl-terminal tail comprises a retaining portion of the carboxyl-terminal region of the first GPCR portion fused to a portion of the carboxyl terminus from the second GPCR;
Wherein said second GPCR comprises one or more phosphorylation clusters and further comprises a second putative palmitoylation site about 10 to 25 amino acid residues downstream of the second NPXXXY motif. .
前記第1のGPCRがクラスA受容体である請求項37に記載の改変GPCR。38. The modified GPCR of claim 37, wherein said first GPCR is a class A receptor. 前記第1のGPCRが、hGPR3、hGPR6、hGPR12、hSREB2、hSREB3、hGPR8、またはhGPR22である、請求項37に記載の改変GPCR。38. The modified GPCR of claim 37, wherein said first GPCR is hGPR3, hGPR6, hGPR12, hSREB2, hSREB3, hGPR8, or hGPR22. 前記第2のGPCRがクラスB受容体である請求項37に記載の改変GPCR。38. The modified GPCR of claim 37, wherein said second GPCR is a class B receptor. 前記クラスB受容体が、バソプレシンV2受容体、ニューロテンシン1受容体、基質P受容体、およびオキシトシン受容体からなる群から選択される請求項37に記載の改変GPCR。38. The modified GPCR of claim 37, wherein said class B receptor is selected from the group consisting of a vasopressin V2 receptor, a neurotensin 1 receptor, a substrate P receptor, and an oxytocin receptor. 請求項37に記載の改変GPCRをコードする核酸。A nucleic acid encoding the modified GPCR of claim 37. 配列番号36、38、40、42、44、46、48、50、52、54,56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82、84、86、88、および90からなる群から選択される核酸。SEQ ID NOs: 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76, 78, 80, 82, A nucleic acid selected from the group consisting of 84, 86, 88, and 90. 請求項42に記載の核酸を含む発現ベクター。An expression vector comprising the nucleic acid according to claim 42. 請求項44に記載の発現ベクターを含む宿主細胞。A host cell comprising the expression vector according to claim 44. 請求項42に記載の核酸を含む宿主細胞。A host cell comprising the nucleic acid of claim 42. GPCR活性について化合物をスクリーニングする方法であって、
(a)請求項37に記載の少なくとも1つの改変GPCRを発現する細胞を得る工程であって、前記細胞は検出可能な分子と接合したアレスチンをさらに含み、
(b)前記化合物に前記細胞を曝露する工程と、
(c)前記細胞内のアレスチンの位置を検出する工程と、
(d)前記化合物の存在下での細胞内のアレスチンの位置と前記化合物の非存在下での細胞内のアレスチンの位置とを比較する工程と、
(e)(1)前記化合物の存在下での細胞内のアレスチンの位置と(2)前記化合物の非存在下での細胞内のアレスチンの位置との相違を相関させる工程とを含む方法。
A method of screening a compound for GPCR activity, comprising:
(A) obtaining a cell that expresses at least one modified GPCR of claim 37, wherein the cell further comprises arrestin conjugated to a detectable molecule;
(B) exposing the cells to the compound;
(C) detecting the position of arrestin in the cell;
(D) comparing the position of arrestin in the cell in the presence of the compound with the position of arrestin in the cell in the absence of the compound;
(E) correlating the difference between (1) the position of arrestin in the cell in the presence of the compound and (2) the position of arrestin in the cell in the absence of the compound.
前記アレスチンが、エンドソーム、エンドサイトーシス小胞、またはピット中で検出される、請求項47に記載の方法。50. The method of claim 47, wherein said arrestin is detected in endosomes, endocytic vesicles, or pits. 少なくとも1つの請求項37に記載の改変GPCRを発現する細胞を含み、前記細胞が検出可能な分子と接合した脱感作に関連する分子をさらに含む、GPCRの活性を調節する分子を識別するためのキット。38. To identify a molecule that modulates the activity of a GPCR, comprising a cell that expresses at least one modified GPCR of claim 37, wherein said cell further comprises a molecule associated with desensitization conjugated to a detectable molecule. Kit.
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JP2007006830A (en) * 2005-07-01 2007-01-18 Olympus Corp Method for determination of granular structure in cell

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