JP2023184465A - Gタンパク質共役型受容体の解析方法 - Google Patents

Gタンパク質共役型受容体の解析方法 Download PDF

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Abstract

【課題】Gタンパク質共役型受容体(GPCR)を発現かつ機能させることができる手法の提供。【解決手段】GPCRポリペプチドの発現方法であって、目的のGPCR(但し、嗅覚受容体を除く)のアミノ酸配列においてコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1つをこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドを細胞に発現させることを含み、該コンセンサスアミノ酸配列が、該目的のGPCRのアミノ酸配列及び脊椎動物における該目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRのアミノ酸配列のアラインメントから導き出されるアミノ酸配列である、方法。【選択図】なし

Description

新規性喪失の例外適用申請有り
本発明は、Gタンパク質共役型受容体の解析方法に関する。
細胞は生体の構成員として、周囲の生理状況の変化を認識し挙動を変化する。生物個体は、外界の環境変化を察知する感覚を利用して適応行動をとる。ホルモンや神経伝達物質といった内因性の情報化学物質、もしくは味物質など外因性の情報化学物質に対して、個々の生命単位が適切に応答することが生体メカニズムの根幹をなしている。これら化学受容を担うのは、個々の組織細胞がもつ受容体タンパク質である。近年、特定の受容体遺伝子を欠損させた生物個体が数多く作製され、生理機能における受容体の必要性が実証されてきた。また、受容体を標的分子とした様々な薬剤が、生理機能を調整するものとして実用されている。その一方で、未だ機能が不明な受容体が数多く存在している。
生物がもつ代表的な受容体はGタンパク質共役型受容体(G-protein-coupled receptor:GPCR)である。これは7回膜貫通型の構造を特徴としており、アゴニストを結合することで活性化型の構造に推移し、基本的には細胞内のGタンパク質との相互作用を経てシグナルを伝達する。ヒトでは約800種類のGPCRが存在し、そのうち約半数は感覚に関連する体内の生理機能には直接関与しないものとして知られていた。嗅覚受容体、鋤鼻受容体を除くヒトGPCRの情報はデータベース(G protein-coupled receptors(IUPHAR/BPS Guide to PHARMACOLOGY, http://www.guidetopharmacology.org/GRAC/FamilyDisplayForward?familyId=694))から取得することができる。2017年11月時点で、134のGPCRがアメリカにおける承認薬の標的分子とされる(非特許文献1)。加えて、感覚のみに関与すると考えられていた受容体も、実際には感覚組織以外の組織でも発現し、体内の特定の生理機能に関与することが示されてきている。
例えば、鋤鼻受容体(vomeronasal 1 receptor:VN1R)は、ClassAファミリーのGPCRであり、ヒトには5種類の遺伝子が存在する。マウスにおける相同遺伝子の解析より、鼻腔内にて発現しフェロモンの認識を担っていることが予測されている(非特許文献2)。ヒトにおいてVN1R1に関して1例のみ、培養細胞での機能解析が報告されており、この報告では低分子の揮発性化合物を認識することが示されている(非特許文献2)。また、スウェーデンでの大規模調査において、VN1R1の遺伝的多型によりどのような性質の違いが生じるのかが調査された結果、女性の性的な特性に違いが認められることが示され、VN1R1の潜在的な機能が示唆されている(非特許文献3)。その他のVN1R2~5に関しては、認識する物質の特定など機能解析の報告例はない。
味覚受容体であるTAS1R(taste 1 receptor)は、舌に発現するGPCRとして発見された遺伝子ファミリーであり、ヒトのゲノムには3種類の遺伝子TAS1R1、TAS1R2、TAS1R3が存在し、いずれもClass CタイプのGPCRに分類される。舌の味らいにおいて、TAS1R1、TAS1R2は異なる味細胞に発現し、いずれもTAS1R3を共発現している。代謝型グルタミン酸受容体をはじめとするClass CタイプのGPCRは二量体を形成して機能することが知られているがTAS1Rも例外ではない。TAS1R3をTAS1R1、TAS1R2のいずれかと共発現させたときに、HEK293細胞は味物質に対して応答する。TAS1R1/TAS1R3複合体、TAS1R2/TAS1R3複合体はそれぞれうま味、甘味物質を受容する。TAS1R2/TAS1R3複合体を培養細胞に発現させてスクリーニングを行うことで、当該複合体に対してアロステリックモジュレーターとして機能し、甘味を増強させる物質の特定が報告されている(非特許文献4)。同様に、TAS1R1/TAS1R3複合体を発現させれば、うま味を増強するイノシン酸が、当該複合体の活性を高めるという評価結果を得ることも可能である(非特許文献5)。これらTAS1Rタンパク質をより安定なものとして獲得する、あるいはより多量に培養細胞の膜上に発現させることができれば、うま味や甘味を高める素材の特定を効率よく行うことが可能になる。
同じく味覚受容体であるTAS2R(taste 2 receptor)は、舌に発現する苦味受容体として発見された遺伝子ファミリーであり、ヒトのゲノムには25種類の遺伝子が存在する。Class AタイプのGPCRに分類され、様々な苦味物質を認識することが示されているが、ヒトTAS2R41、TAS2R42、TAS2R45、TAS2R48及びTAS2R60は機能解析に成功しておらず、どのような物質を認識するのかは不明である。特許文献1には、TAS2Rを利用して苦味評価や苦味調節物質の特定を可能にするために、TAS2Rを効率よく機能解析するための工夫としてGタンパク質との融合タンパク質とすることが開示されている。TAS2Rの発現は舌上に限定されず、呼吸器、循環器、神経系にも認められ、舌において苦味を受容する以外に様々な生理作用を担うことが示されている(非特許文献6)。加えて、卵巣がん、前立腺がん等、がん化した組織細胞にも発現が認められる。
微量アミン関連受容体(trace amine associated receptor:TAAR)は、ClassAファミリーのGPCRであり、ヒトでは6種類の遺伝子からなる。最初に発見されたTAAR1については、脳において神経伝達物質の認識を担っていることが示されている。そのことからTAAR1は統合失調症、うつ病、中毒、パーキンソン病との関わりが検討されており、そのアゴニストを神経性疼痛の治療に利用しようとする取り組みがある(特許文献2)。一方でTAAR1を除く他のTAARは、嗅上皮において高発現し、揮発性アミンを選択的かつ高感度に認識し、においの感覚を生み出す役割が示されている(非特許文献7)。
Mas関連Gタンパク質共役型受容体(Mas-related G-protein-coupled receptor:Mrgpr)はClassAファミリーのGPCRであり、ヒトには10種類の遺伝子が存在する。その発現は末梢の皮膚などの知覚神経系およびその関連組織に認められ、アゴニストを認識することで掻痒や痛みを感知させる(非特許文献8)。また、マウスにおいて、MrgprB4を発現する知覚神経細胞が快い触覚に関与することを踏まえて、MrgprB4を標的とした快感情向上剤の探索の取り組みが開示されている(特許文献3)。より近年ではMrgprのうちMrgprEとMrgprFは回腸など、知覚神経以外の様々な組織にも発現し、多様な生理機能を担っていることが示唆されているが、アゴニストの報告例は乏しい(非特許文献9)。
一般的にGPCRの機能解析は、培養細胞に発現させる方法が簡便であり最も広く用いられている。その解析法については非常に多岐に渡る工夫がなされてきた。それでもなお、未だ機能解析に成功していないものは多い。機能解析に成功しておらず、どのような分子をリガンドとして認識するのかが不明なGPCRは総じてGPR(G-protein-coupled receptor)X(Xは任意の数字)と表記される。これらGPR群についてリガンドの同定が立ち遅れた原因の一つは、目的とするGPCRを培養細胞に発現させようとしても、本来の組織細胞とは異なる培養細胞には、そのGPCRを安定的にかつ細胞膜上に発現させる因子が不足していることが挙げられる。
特許第6924590号公報 特表2019-517524号公報 特開2019-118340号公報
Sriram K, Insel PA. Mol Pharmacol. 93(4):251-258 (2018) Shirokova E, et al. FASEB J. 22(5):1416-25 (2008) Henningsson, S., Hovey, D., Vass, K. et al. Transl Psychiatry 7, e1102 (2017) Servant G, Tachdjian C, Tang XQ, Werner S, Zhang F, Li X, Kamdar P, Petrovic G, Ditschun T, Java A, Brust P, Brune N, DuBois GE, Zoller M, Karanewsky DS. Proc Natl Acad Sci U S A. 107(10):4746-51 (2010) Nelson, G., Chandrashekar, J., Hoon, M. et al. Nature 416, 199-202 (2002) Tuzim K., Korolczuk A. J Transl Med 19, 440 (2021) Liberles S.D. Curr Opin Neurobiol. 34:1-7 (2015) Liu Q, et al. Cell 139(7):1353-1365 (2009) Juan M. et al. Neuroscience Letters, Volume 748, 2021
Gタンパク質共役型受容体(GPCR)の解析にあたり、GPCRを効率よく発現させる方法が求められている。
本発明者は、GPCRを効率よく発現させることができる手法について鋭意検討した。その結果、本発明者は、GPCRのコンセンサス化により、GPCRの培養細胞での膜発現をオリジナルのGPCRに比べて向上できることを見出した。嗅覚受容体を除くGPCRをコンセンサス化した例はこれまで知られていない。
したがって、本発明は、以下の1)~13)を提供する。
1)GPCRポリペプチドの発現方法であって、
目的のGPCR(但し、嗅覚受容体を除く)のアミノ酸配列においてコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドを細胞に発現させることを含み、
該コンセンサスアミノ酸配列が、該目的のGPCRのアミノ酸配列及び脊椎動物における該目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRのアミノ酸配列のアラインメントから導き出されるアミノ酸配列である、
方法。
2)GPCRポリペプチドの発現方法であって、
目的のGPCRのアミノ酸配列においてコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドを細胞に発現させることを含み、
該GPCRポリペプチドが、ヒトTAAR6の配列番号36で示されるアミノ酸配列において配列番号143で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなる、
方法。
3)目的のGPCRの応答の測定方法であって、
1)又は2)記載の方法により発現されたGPCRポリペプチドの応答を測定すること、
を含む方法。
4)目的のGPCRのリガンドの探索方法であって、
試験物質存在下で、1)又は2)記載の方法により発現されたGPCRポリペプチドの応答を測定すること、及び
該GPCRポリペプチドが応答した試験物質を選択すること、
を含む方法。
5)目的のGPCRのリガンドの認識の制御剤の評価及び/又は選択方法であって、
1)又は2)記載の方法により発現されたGPCRポリペプチドに試験物質及び目的のGPCRのリガンドを添加すること、及び
該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を測定すること、
を含む方法。
6)味の評価方法であって、
1)又は2)記載の方法により発現されたGPCRポリペプチドに試験物質を添加すること、及び
該試験物質に対する該GPCRポリペプチドの応答を測定すること、
を含み、該GPCRポリペプチドが味覚受容体ポリペプチドである、
方法。
7)目的のGPCRのリガンドのにおいの抑制剤の評価及び/又は選択方法であって、
1)又は2)記載の方法により発現されたGPCRポリペプチドに試験物質及び目的のGPCRのリガンドを添加すること、及び
該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を測定すること、
を含み、該GPCRポリペプチドが微量アミン関連受容体ポリペプチドである、
方法。
8)目的のGPCRのリガンドのにおいの抑制剤の評価及び/又は選択方法であって、
1)又は2)記載の方法により発現されたGPCRポリペプチドに試験物質を添加すること、及び
該試験物質に対する該GPCRポリペプチドの応答を測定すること、
を含み、該GPCRポリペプチドが微量アミン関連受容体ポリペプチドである、
方法。
9)改変GPCRポリペプチドであって、
目的のGPCR(但し、嗅覚受容体を除く)のアミノ酸配列においてコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなり、
該コンセンサスアミノ酸配列が、該目的のGPCRのアミノ酸配列及び脊椎動物における該目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRのアミノ酸配列のアラインメントから導き出されるアミノ酸配列である、
改変GPCRポリペプチド。
10)改変GPCRポリペプチドであって、
ヒトTAAR6の配列番号36で示されるアミノ酸配列において配列番号143で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなる、
改変GPCRポリペプチド。
11)9)又は10)記載の改変GPCRポリペプチドをコードするポリヌクレオチド。
12)11)記載のポリヌクレオチドを含むベクター又はDNA断片。
13)12)記載のベクター又はDNA断片を含有する形質転換細胞。
本発明は、GPCRを効率よく発現させることができる手法を提供する。斯かるGPCRを用いることで、GPCRの機能の解明や機能制御剤の特定に資することができる。
GPCR(味覚受容体)の膜発現量。
本明細書中で引用された全ての特許文献、非特許文献、及びその他の刊行物は、その全体が本明細書中において参考として援用される。
本明細書において、「Gタンパク質共役型受容体(G-protein-coupled receptor:GPCR)」とは、7回膜貫通型の構造を有し、リガンドを結合することで活性化型の構造に推移し、基本的には細胞内のGタンパク質との相互作用を経てシグナルを伝達する受容体の総称である。GPCRとしては、鋤鼻受容体、味覚受容体、微量アミン関連受容体、Mas関連Gタンパク質共役型受容体等の他、リガンドが不明なGPRX(Xは任意の数字)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、「鋤鼻受容体」とは、VN1R(vomeronasal 1 receptor)をいう。例えば、ヒトのゲノムには5種類のVN1R遺伝子が存在する。
本明細書において、「味覚受容体」とは、生体において味分子を受容する受容体をいい、うま味分子又は甘味分子を受容するTAS1R(taste 1 receptor)ファミリーに属するうま味又は甘味受容体と、苦味分子を受容するTAS2R(taste 2 receptor)ファミリーに属する苦味受容体を包含する。例えば、ヒトのゲノムには3種類のTAS1R遺伝子が存在する。このうち、TASR1とTAS1R3は複合体を形成してうま味物質受容体として機能し、TAS1R2とTAS1R3は複合体を形成して甘味物質受容体として機能する。また、ヒトのゲノムには25種類のTAS2R遺伝子が存在する。
本発明において、「微量アミン関連受容体」とは、TAAR(trace amine associated receptor)をいう。例えば、ヒトのゲノムには6種類のTAAR遺伝子が存在する。
本明細書において、「Mas関連Gタンパク質共役型受容体」とは、Mrpgr(Mas-related G-protein-coupled receptor)をいう。MASとはアンギオテンシンに結合するGタンパク質共役型受容体である。例えば、ヒトのゲノムには10種類のMrpgr遺伝子が存在する(MAS1、MASL1、MrgprD、MrgprE、MrgprF、MrgprG、MrgprX1-4)。
本明細書において、「嗅覚受容体」とは、Olfactory receptorもしくはOdorant receptorをいう。全体的な配列の相同性、7回膜貫通領域が予測されること、保存された部分アミノ酸配列を有するか否か等の基準により、ヒトゲノム中に約400の嗅覚受容体遺伝子が予測されている。
本明細書において、「GPCRポリペプチド」とは、GPCR又はそれと同等の機能を有するポリペプチドをいい、GPCRと同等の機能を有するポリペプチドとは、GPCRと同様に、細胞膜上に発現することができ、リガンドの結合によって活性化し、且つ活性化されると、共役するGタンパク質αサブユニットのGDP/GTP交換を促進する機能など、細胞内にシグナルを伝達する機能を有するポリペプチドをいう。
本明細書において、細胞でGPCRポリペプチドが「機能的に発現する」とは、発現された該GPCRポリペプチドが、該細胞において対応するリガンドの受容体として機能することをいう。
本明細書において「アゴニスト」とは、受容体に結合し、活性化させる物質をいう。一方、本明細書において「アンタゴニスト」とは、受容体に結合するが、受容体を活性化しないか、又はアゴニストに対する受容体の応答を抑制する物質をいう。
本明細書において、「受容体アゴニズム」とは、受容体に結合して、その受容体を活性化することをいう。
本明細書において、標的においに関する「においの交差順応(又は嗅覚の交差順応)」とは、該標的においの原因物質とは別の物質のにおいを予め受容し、そのにおいに慣れることによって、該標的においの原因物質に対する嗅覚感受性が低下又は変化する現象を指す。本発明者らは、以前、「においの交差順応」が、受容体アゴニズムに基づく現象であることを明らかにした(国際公開公報第2016/194788号)。すなわち、「においの交差順応」においては、標的においの原因物質に対する受容体が、該標的においの原因物質への応答に先だって異なるにおいの原因物質に応答し、次いで脱感作することにより、後から該標的においの原因物質に曝されても低い応答しかできず、その結果、個体に認識される標的においの強度の低下又は変質が生じる。こうした受容体の挙動により引き起こされるにおいの交差順応の仕組みを、本明細書において「受容体アゴニズムによるにおいの交差順応」とも呼ぶ。
本明細書において、標的においの「受容体アンタゴニズムによる抑制」とは、標的においを有する物質に対する受容体の応答を、アンタゴニストにより抑制し、結果的に個体に認識される標的においを抑制することをいう。
本明細書において、ヌクレオチド配列及びアミノ酸配列の同一性は、リップマン-パーソン法(Lipman-Pearson法;Science,1985,227:1435-41)によって計算される。具体的には、遺伝情報処理ソフトウェアGenetyx-Win(Ver.5.1.1;ソフトウェア開発)のホモロジー解析(Search homology)プログラムを用いて、Unit size to compare(ktup)を2として解析を行うことにより算出される。
本明細書において、「アミノ酸残基」とは、タンパク質を構成する20種のアミノ酸残基、アラニン(Ala又はA)、アルギニン(Arg又はR)、アスパラギン(Asn又はN)、アスパラギン酸(Asp又はD)、システイン(Cys又はC)、グルタミン(Gln又はQ)、グルタミン酸(Glu又はE)、グリシン(Gly又はG)、ヒスチジン(His又はH)、イソロイシン(Ile又はI)、ロイシン(Leu又はL)、リシン(Lys又はK)、メチオニン(Met又はM)、フェニルアラニン(Phe又はF)、プロリン(Pro又はP)、セリン(Ser又はS)、トレオニン(Thr又はT)、トリプトファン(Trp又はW)、チロシン(Tyr又はY)及びバリン(Val又はV)を意味する。
本明細書において、アミノ酸の改変は、公認されているIUPACの1文字のアミノ酸略記により、[元のアミノ酸、位置、改変されたアミノ酸]で表記されることがある。例えば、43位のヒスチジンのアルギニンへの改変は、「H43R」と示される。
本明細書において、アミノ酸配列上の「相当する位置」は、目的配列と基準配列(本発明においてはオリジナルのGPCRのアミノ酸配列)とを、最大の相同性を与えるように整列(アラインメント)させることにより決定することができる。アミノ酸配列のアラインメントは、公知のアルゴリズムを用いて実行することができ、その手順は当業者に公知である。例えば、アラインメントは、Clustal Wマルチプルアラインメントプログラム(Thompson,J.D.et al,1994,Nucleic Acids Res.22:4673-4680)をデフォルト設定で用いることにより、行うことができる。あるいは、Clustal Wの改訂版であるClustal W2やClustal omegaを使用することもできる。Clustal W、Clustal W2及びClustal omegaは、例えば、University College Dublinが運営するClustalのウェブサイト[www.clustal.org]、欧州バイオインフォマティクス研究所(European Bioinformatics Institute:EBI[www.ebi.ac.uk/index.html])や、国立遺伝学研究所が運営する日本DNAデータバンク(DDBJ[www.ddbj.nig.ac.jp/searches-j.html])のウェブサイト上で利用することができる。上述のアラインメントにより基準配列の任意の位置にアラインされた目的配列の位置は、当該任意の位置に「相当する位置」とみなされる。
当業者であれば、上記で得られたアミノ酸配列のアラインメントを、最適化するようにさらに微調整することができる。そのような最適アラインメントは、アミノ酸配列の類似性や挿入されるギャップの頻度等を考慮して決定するのが好ましい。ここでアミノ酸配列の類似性とは、2つのアミノ酸配列をアラインメントしたときにその両方の配列に同一又は類似のアミノ酸残基が存在する位置の数の全長アミノ酸残基数に対する割合(%)をいう。類似のアミノ酸残基とは、タンパク質を構成する20種のアミノ酸のうち、極性や電荷の点で互いに類似した性質を有しており、いわゆる保存的置換を生じるようなアミノ酸残基を意味する。そのような類似のアミノ酸残基からなるグループは当業者にはよく知られており、例えば、アルギニンとリシン又はグルタミン;グルタミン酸とアスパラギン酸又はグルタミン;セリンとトレオニン又はアラニン;グルタミンとアスパラギン又はアルギニン;ロイシンとイソロイシン等がそれぞれ挙げられるが、これらに限定されない。
加えて、上記で得られたアミノ酸配列のアラインメントは、例えば、GPCR間で高度に保存されたアミノ酸もしくはアミノ酸モチーフを基準に、最適化するようにさらに微調整することができる。
本明細書において、プロモーター等の制御領域と遺伝子の「作動可能な連結」とは、遺伝子と制御領域とが、該遺伝子が該制御領域の制御の下で発現し得るように連結されていることをいう。遺伝子と制御領域との「作動可能な連結」の手順は当業者に周知である。
本明細書において、遺伝子に関する「上流」及び「下流」とは、該遺伝子の転写方向の上流及び下流をいう。例えば、「プロモーターの下流に配置された遺伝子」とは、DNAセンス鎖においてプロモーターの3’側に該遺伝子が存在することを意味し、遺伝子の上流とは、DNAセンス鎖における該遺伝子の5’側の領域を意味する。
本明細書において、「ホモログ」とは、共通の祖先に由来する相同遺伝子を指す。「オルソログ」とは、「オーソログ」とも呼ばれ、種分化の際に分岐したホモログを指し、異なる生物種に存在し、同一又は類似の機能を有する。一例において、本発明で用いるオルソログは、目的のGPCR遺伝子の相同遺伝子のうち、目的のGPCR遺伝子と同一の名称を含む目的のGPCRが由来する生物種とは異なる生物種のGPCR遺伝子であり得る。ある生物種のGPCRの命名法が目的のGPCRが由来する生物種における命名法と異なる場合、オルソログは、該ある生物種における目的のGPCR遺伝子と高い相同性を有するGPCR遺伝子、好ましくは最も高い相同性を有するGPCR遺伝子であり得る。あるいは、該ある生物種における目的のGPCR遺伝子のオルソログであることが知られているGPCR遺伝子であり得る。別の一例において、本発明で用いるオルソログは、上記オルソログのうち、系統樹解析により種分化の際に分岐した可能性が示唆されるGPCR遺伝子であり得る。
後述の実施例に示すとおり、本発明者は、ヒトGPCRのアミノ酸配列を、該ヒトGPCRのアミノ酸配列と該ヒトGPCRの特定のオルソログにコードされるGPCRのアミノ酸配列とから導き出されるコンセンサスアミノ酸配列に基づいて改変し、得られたGPCRポリペプチドを細胞に発現させたところ、該GPCRポリペプチドの細胞での膜発現が改変前のヒトGPCRに比べて増加することを見出した(表7、図1)。すなわち、該GPCRポリペプチドは、改変前のヒトGPCRに比べて発現時の安定性が向上している。本明細書において、改変前のGPCRを「オリジナルのGPCR」と称し、GPCRのアミノ酸配列をコンセンサスアミノ酸配列に基づいて改変することを「コンセンサス化する」と称し、コンセンサス化されたGPCRを「コンセンサスGPCR」あるいは「改変GPCRポリペプチド」と称することがある。
よって、GPCRの上記コンセンサス化は、GPCR、特にこれまで培養細胞での膜発現が不十分なために機能解析が非効率であったGPCRを細胞の細胞膜に発現させるのに有用である。したがって、一態様において本発明は、GPCRポリペプチドの発現方法を提供する。本発明の発現方法は、GPCRの発現向上(例えば、発現増加、発現安定化)を可能とするので、当該方法は、好ましくは、GPCRポリペプチドの発現向上方法である。当該方法は、目的のGPCRのアミノ酸配列においてコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドを細胞に発現させることを含み、該コンセンサスアミノ酸配列が、該目的のGPCRのアミノ酸配列及び脊椎動物における該目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRのアミノ酸配列のアラインメントから導き出されるアミノ酸配列である、方法である。
本発明の発現方法において、目的のGPCRは、特に制限されず、いずれの生物種のGPCRであってもよく、哺乳類のGPCRが好ましく、ヒトGPCRがより好ましい。目的のGPCRとしては、従来法による培養細胞を用いた機能解析が可能なGPCRであっても、非効率なGPCRであってもよいが、本発明の方法は、従来法による培養細胞を用いての機能解析が非効率なGPCRにより好適に適用される。
本発明の発現方法において、脊椎動物における目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRは、好ましくは哺乳類、鳥類、爬虫類、両生類及び魚類における目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRから選択されるGPCRであり、より好ましくは哺乳類、鳥類、爬虫類及び両生類における目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRから選択されるGPCRであり、さらに好ましくは哺乳類における目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRである。該オルソログとしては、特に制限されないが、目的のGPCR遺伝子との相同性が高いオルソログ程好ましい。ここで、哺乳類(Mammals)とは、脊椎動物門哺乳網に属する生物種を指し、約5500種が現存することが知られている。哺乳類としては、ヒト、チンパンジー、ボノボ、ゴリラ、スマトラオランウータン、キタホウジロテナガザル、ドリル、ゲラダヒヒ、アカゲザル、アヌビスヒヒ、スーティーマンガベイ、グリーンモンキー、ハイアカコロブス、アンゴラコロブス、ガーネットガラゴ、ハイイロネズミキツネザル、コクレルシファカ、フィリピンメガネザル、マウス、ラット、ウサギ、ネコ、イヌ、キツネ、タヌキ、イタチ、トラ、チーター、クマ、アシカ、アザラシ、オットセイ、ウマ、サイ、ラクダ、ブタ、イノシシ、ウシ、ヤギ、ヒツジ、シカ、キリン、カバ、ゾウ、センザンコウ、モグラ、コウモリなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。鳥類(Aves)とは、脊椎動物門鳥網に属する生物種を指す。鳥類としては、ニワトリ、カモ、アヒル、ガチョウ、シチメンチョウ、ダチョウ、キジ、ハト、オウム、カナリア、ジュウシマツ、ハチドリ、マイコドリ、ウズラ、ヒタキなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。爬虫類(Reptilia)とは、脊椎動物門爬虫網に属する生物種を指す。爬虫類としては、カメ、トカゲ、ワニ、イグアナ、カメレオン、ヤモリ、ヘビなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。両生類(Amphibia)とは、脊椎動物門両生網に属する生物種を指す。両生類としては、カエル、イモリ、サンショウウオなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。魚類(Fish)とは、脊椎動物門ヌタウナギ類、ヤツメウナギ類、軟骨魚綱及び硬骨魚綱に属する生物種を指す総称である。魚類としては、ヌタウナギ、ヤツメウナギ、サメ、エイ、マグロ、カツオ、サケ、マス、タラ、タイ、ヒラメ、ブリ、アジ、サバなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本実施形態の好ましい一例において、脊椎動物における目的のGPCRのオルソログは、脊椎動物に属する生物種が有するGPCR遺伝子のうち、目的のGPCR遺伝子と同じ名称を含む遺伝子である。斯かるオルソログは、例えば、以下の手順で選択することができる。目的のGPCRのアミノ酸配列をquery配列とし、NCBIのBLASTなどで公知のデータベースに対してデータベース検索を行う。その結果得られた相同遺伝子群(例えば、上位500遺伝子、好ましくは上位250遺伝子、より好ましくは上位100遺伝子、さらに好ましくは上位50遺伝子)から、目的のGPCR遺伝子と同じ名称を含む遺伝子を選択する。さらに好ましくは、目的のGPCRと一定のアミノ酸配列同一性、例えば65%以上のアミノ酸配列同一性を有するGPCRをコードする遺伝子を選択する。
尚、オルソログとして、同一生物種に由来する遺伝子が複数選択される場合、目的のGPCR遺伝子と最も相同性が高い1遺伝子のみを選択してもよい。例えば、目的のGPCRがヒトGPCRであり、オルソログとして、ヒト以外のある生物種の遺伝子が複数選択される場合、目的のヒトGPCR遺伝子と最も相同性が高い該ある生物種の遺伝子を選択すればよい。また、ある生物種のGPCRの命名法が目的のGPCRが由来する生物種における命名法と異なる場合、オルソログとして、該ある生物種における目的のGPCR遺伝子と高い相同性を有する遺伝子、好ましくは最も高い相同性を有する遺伝子を選択してもよい。あるいは、該ある生物種における目的のGPCR遺伝子のオルソログであることが知られている遺伝子を選択してもよい。
脊椎動物における目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRの種類数は、受容体数として、少なくとも2種類であり、好ましくは少なくとも5種類であり、より好ましくは少なくとも11種類であり、さらに好ましくは少なくとも15種類であり、さらに好ましくは少なくとも30種類であり、さらに好ましくは100種類である。一方、種類数の上限は、脊椎動物における目的のGPCRのオルソログの全種類数であり、該種類数は、受容体数として、好ましくは500種類以下、より好ましくは400種類以下、さらに好ましくは300種類以下である。脊椎動物における目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRの種類数は、受容体数として、例えば、2種類~脊椎動物における目的のGPCRのオルソログの全種類、5種類~脊椎動物における目的のGPCRのオルソログの全種類、11種類~脊椎動物における目的のGPCRのオルソログの全種類、5~500種類、5~400種類、5~300種類、11~500種類、11~400種類、11~300種類、15~300種類、30~300種類、100~300種類であり得る。
本発明の発現方法において、「コンセンサスアミノ酸配列」とは、目的のGPCRのアミノ酸配列及び脊椎動物における目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRのアミノ酸配列のアラインメントから導き出されるアミノ酸配列である。具体的には、「コンセンサスアミノ酸配列」とは、目的のGPCRのアミノ酸配列及び脊椎動物における目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRのアミノ酸配列のアラインメントから以下の(i)~(iii)の基準に従い同定したコンセンサス残基からなるアミノ酸配列である。
(i)該アラインメントの各アミノ酸位置において、
(i-i)該目的のGPCRのアミノ酸残基と異なり且つ出現頻度50%以上のアミノ酸残基が1種存在する場合、該アミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する、
(i-ii)出現頻度50%のアミノ酸残基が2種存在する場合、該目的のGPCRのアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する、
(i-iii)該目的のGPCRにアミノ酸残基が存在し且つ出現頻度40%以上でアミノ酸残基が存在しない場合、コンセンサス残基なしと同定する、
(i-iv)該目的のGPCRにアミノ酸残基が存在せず且つ出現頻度60%以上でアミノ酸残基が存在する場合、最も出現頻度が高いアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定し、最も出現頻度が高いアミノ酸残基が2種以上存在する場合は、該アミノ酸残基のうち最も分子量が小さいアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する、
(i-v)上記(i-i)~(i-iv)のいずれにも該当しない場合、該目的のGPCRのアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する、
(ii)上記(i)の基準に従いコンセンサス残基を同定したときに、最もN末端側のコンセンサス残基が該目的のGPCRのN末端又はそれよりもC末端側に相当する位置のコンセンサス残基であり且つメチオニン残基でない場合、最もN末端に近い位置のメチオニン残基からなるコンセンサス残基よりN末端側のコンセンサス残基をコンセンサス残基なしに変更する、
(iii)上記(i)の基準に従いコンセンサス残基を同定したときに、最もN末端側のコンセンサス残基が該目的のGPCRのN末端よりもN末端側に相当する位置のコンセンサス残基であり且つメチオニン残基でない場合、該アラインメントの該コンセンサス残基の位置よりN末端側にアミノ酸位置を1つずつ遡り、メチオニン残基が出現するまで、最も出現頻度が高いアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定し、最も出現頻度が高いアミノ酸残基が2種以上存在する場合は、該アミノ酸残基のうち最も分子量が小さいアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する。
ここで、「出現頻度」とは、アミノ酸配列のアラインメントの各アミノ酸位置における特定のアミノ酸残基の出現数をアラインメントに供したアミノ酸配列数に対する百分率で示したものである。アミノ酸配列のアラインメントは、公知のアルゴリズムにより実行することができる。
基準(i)の(i-i)は、目的のGPCRのアミノ酸配列及び脊椎動物における目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRのアミノ酸配列のアラインメントのあるアミノ酸位置において、目的のGPCRにアミノ酸残基が存在する場合の基準である。このとき、目的のGPCRのアミノ酸残基と異なり且つ出現頻度50%以上のアミノ酸残基が1種存在すれば、該出現頻度50%以上のアミノ酸残基を該位置のコンセンサス残基と同定する。一方、目的のGPCRのアミノ酸残基以外のアミノ酸残基の出現頻度がいずれも50%未満であれば、基準(i-v)に従い、該目的のGPCRのアミノ酸残基を該位置のコンセンサス残基と同定する。
基準(i)の(i-ii)は、目的のGPCRのアミノ酸配列及び脊椎動物における目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRのアミノ酸配列のアラインメントのあるアミノ酸位置において、目的のGPCRにアミノ酸残基が存在する場合の基準である。このとき、出現頻度50%のアミノ酸残基が2種存在すると、2種のうち片方のアミノ酸残基は必ず目的のGPCRのアミノ酸残基であり、該目的のGPCRのアミノ酸残基を該位置のコンセンサス残基と同定する。
基準(i)の(i-iii)は、目的のGPCRのアミノ酸配列及び脊椎動物における目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRのアミノ酸配列のアラインメントのあるアミノ酸位置において、目的のGPCRにアミノ酸残基が存在する場合の基準である。このとき、出現頻度40%以上でアミノ酸残基が存在しなければ、該位置にはコンセンサス残基なしと同定する。一方、アミノ酸残基なしの出現頻度が40%未満であれば、上記基準(i-i)に該当するときは、該基準に従って該位置のコンセンサス残基を同定し、該当しないときは、基準(i-v)に従って該目的のGPCRのアミノ酸残基を該位置のコンセンサス残基と同定する。
基準(i)の(i-iv)は、目的のGPCRのアミノ酸配列及び脊椎動物における目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRのアミノ酸配列のアラインメントのあるアミノ酸位置において、目的のGPCRにアミノ酸残基が存在しない場合の基準である。このとき、出現頻度60%以上でアミノ酸残基が存在すれば、最も出現頻度が高いアミノ酸残基を該位置のコンセンサス残基と同定し、最も出現頻度が高いアミノ酸が2種以上存在する場合は、最も出現頻度が高いアミノ酸のうち最も分子量が小さいアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する。例えば、最も出現頻度が高いアミノ酸残基が1種であれば、該1種のアミノ酸残基を該位置のコンセンサス残基と同定し、最も出現頻度が高いアミノ酸残基が2種以上あれば、そのうちの最も分子量が小さいアミノ酸残基を該位置のコンセンサス残基と同定すればよい。尚、該変更によりコンセンサスアミノ酸配列の全長が目的のGPCRのアミノ酸配列の全長よりN末端側に10%以上長くなる場合には、GPCRの構造の維持の観点から、該コンセンサスアミノ酸配列において該目的のGPCRのN末端に相当する位置のコンセンサス残基をメチオニン残基とし、該メチオニン残基よりN末端側のコンセンサス残基をなしに変更してもよい。すなわち、該目的のGPCRのN末端構造をそのまま維持してもよい。一方、アミノ酸残基ありの出現頻度が60%未満であれば、基準(i-v)に従い、該目的のGPCRのアミノ酸残基を該位置のコンセンサス残基と同定する。すなわち、該位置にはアミノ酸残基なしと同定する。
目的のGPCRのアミノ酸配列及び脊椎動物における目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRのアミノ酸配列のアラインメントのあるアミノ酸位置において、上記(i)の(i-i)~(i-iv)のいずれにも該当しない場合、目的のGPCRのアミノ酸残基を該位置のコンセンサス残基と同定する。このとき、目的のGPCRにアミノ酸残基が存在しなければ、コンセンサスアミノ酸配列の該位置にはアミノ酸残基なしと同定すればよい。
基準(ii)は、上記基準(i)に従って目的のGPCRのアミノ酸配列及び脊椎動物における目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRのアミノ酸配列のアラインメントの各アミノ酸位置においてコンセンサス残基を同定したときに、コンセンサス残基のうち最もN末端側に位置するコンセンサス残基が該目的のGPCRのN末端又はそれよりもC末端側に相当する位置のコンセンサス残基であり且つメチオニン残基でない場合の基準である。このとき、N末端のコンセンサス残基がメチオニン残基となるように、言い換えれば、GPCRポリペプチドの翻訳の開始アミノ酸がメチオニン残基となるように、コンセンサス残基のうち最もN末端に近い位置のメチオニン残基からなるコンセンサス残基よりN末端側のコンセンサス残基をコンセンサス残基なしに変更する。例えば、N末端からコンセンサス残基を1残基ずつ確認していき、メチオニン残基でなければ、その位置にはコンセンサス残基なしと同定し、初めてメチオニン残基が出現するまでこれを繰り返せばよい。尚、該変更によりコンセンサスアミノ酸配列の全長が目的のGPCRのアミノ酸配列の全長より10%以上短くなる場合には、GPCRのヘリックス構造の維持の観点から、該変更前のコンセンサス残基のうち最もN末端側のコンセンサス残基をメチオニン残基からなるコンセンサス残基に変更してもよい。このとき、該変更前のコンセンサス残基のうち最もN末端側のコンセンサス残基が、糖鎖修飾及び/又は膜移行に関わるアスパラギン、セリン又はスレオニンであれば、GPCRの構造の維持の観点から、該変更前のコンセンサス残基のうち最もN末端側のコンセンサス残基は変更せず、該コンセンサス残基に相当する位置よりもN末端側の該目的のGPCRのアミノ酸残基をコンセンサス残基としてもよい。すなわち、該目的のGPCRのN末端構造をそのまま維持してもよい。
基準(iii)は、上記基準(i)に従って目的のGPCRのアミノ酸配列及び脊椎動物における目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRのアミノ酸配列のアラインメントの各アミノ酸位置においてコンセンサス残基を同定したときに、最もN末端側のコンセンサス残基が該目的のGPCRのN末端よりもN末端側に相当する位置のコンセンサス残基であり且つメチオニン残基でない場合の基準である。このとき、N末端のコンセンサス残基がメチオニン残基となるように、言い換えれば、GPCRポリペプチドの翻訳の開始アミノ酸がメチオニン残基となるように、最もN末端側のコンセンサス残基の位置よりN末端側にアミノ酸位置を1つずつ遡ってアラインメントを確認し、メチオニン残基が出現するまで、最も出現頻度が高いアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定し、最も出現頻度が高いアミノ酸残基が2種以上存在する場合は、該アミノ酸残基のうち最も分子量が小さいアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する。
斯くして同定されたコンセンサス残基からなるアミノ酸配列が、コンセンサスアミノ酸配列である。本発明で用いられるGPCRポリペプチドは、目的のGPCRのアミノ酸配列においてコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなる改変GPCRポリペプチドである。ここで、「改変」とは、置換、欠失、付加、挿入のいずれをも含む概念である。目的のGPCRのアミノ酸配列とコンセンサスアミノ酸配列の違いは、例えば、公知のアルゴリズムによりアミノ酸配列のアラインメントをとって両アミノ酸配列を比較することで見出すことができる。例えば、目的のGPCRのアミノ酸配列とコンセンサスアミノ酸配列を比較し、目的のGPCRのアミノ酸配列のあるアミノ酸位置のアミノ酸残基が、コンセンサスアミノ酸配列のこれに相当する位置のアミノ酸残基と異なるアミノ酸残基であれば、目的のGPCRのアミノ酸残基をコンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基で置換すればよい。あるいは、目的のGPCRのアミノ酸配列とコンセンサスアミノ酸配列を比較し、コンセンサスアミノ酸配列において目的のGPCRのアミノ酸配列のあるアミノ酸位置に相当する位置にアミノ酸残基が存在しなければ、目的のGPCRの該アミノ酸位置のアミノ酸残基を欠失させればよい。あるいは、目的のGPCRのアミノ酸配列とコンセンサスアミノ酸配列を比較し、目的のGPCRのアミノ酸配列においてアミノ酸残基が存在しない位置に相当する位置にコンセンサスアミノ酸配列ではアミノ酸残基が存在すれば、目的のGPCRの該アミノ酸位置にコンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基を挿入すればよい。尚、目的のGPCRのアミノ酸配列とコンセンサスアミノ酸配列を比較し、コンセンサスアミノ酸配列の方が目的のGPCRのアミノ酸配列に比べN末端が長ければ、目的のGPCRのアミノ酸配列のN末端にコンセンサスアミノ酸配列にのみ存在するN末端部を付加すればよい。あるいは、目的のGPCRのアミノ酸配列とコンセンサスアミノ酸配列を比較し、コンセンサスアミノ酸配列の方が目的のGPCRのアミノ酸配列に比べC末端が長ければ、目的のGPCRのアミノ酸配列のC末端にコンセンサスアミノ酸配列にのみ存在するC末端部を付加すればよい。
目的のGPCRのアミノ酸配列において改変されるアミノ酸残基数は、少なくとも1個であり、好ましくは少なくとも5個であり、より好ましくは少なくとも10個であり、目的のGPCRのアミノ酸配列においてコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の全てがこれらに相当する位置のコンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変される(すなわち、目的のGPCRのアミノ酸配列がコンセンサスアミノ酸配列に改変される)のがさらに好ましい。
あるいは、目的のGPCRのアミノ酸配列において改変されるアミノ酸残基数は、コンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基数の好ましくは少なくとも10%、より好ましくは少なくとも30%、さらに好ましくは少なくとも50%、さらに好ましくは少なくとも70%、さらに好ましくは少なくとも90%、さらに好ましくは100%(すなわち、目的のGPCRのアミノ酸配列がコンセンサスアミノ酸配列に改変される)の数であり得る。
尚、目的のGPCRのアミノ酸配列に比べコンセンサスアミノ酸配列のN末端が長ければ、アミノ酸残基数にかかわらず、目的のGPCRのアミノ酸配列のN末端にコンセンサスアミノ酸配列にのみ存在するN末端部を一体として付加して改変するのが好ましい。目的のGPCRのアミノ酸配列に比べコンセンサスアミノ酸配列のN末端が短ければ、アミノ酸残基数にかかわらず、目的のGPCRのアミノ酸配列のN末端から目的のGPCRのアミノ酸配列にのみ存在するN末端部を一体として欠失させて改変するのが好ましい。目的のGPCRのアミノ酸配列に比べコンセンサスアミノ酸配列のC末端が長ければ、アミノ酸残基数にかかわらず、目的のGPCRのアミノ酸配列のC末端にコンセンサスアミノ酸配列にのみ存在するC末端部を一体として付加して改変するのが好ましい。目的のGPCRのアミノ酸配列に比べコンセンサスアミノ酸配列のC末端が短ければ、アミノ酸残基数にかかわらず、目的のGPCRのアミノ酸配列のC末端から目的のGPCRのアミノ酸配列にのみ存在するC末端部を一体として欠失させて改変するのが好ましい。
本発明で用いられるGPCRポリペプチドとしては、その機能が損なわれない限り、上記のコンセンサスアミノ酸配列に基づく改変の対象アミノ酸位置以外のアミノ酸位置に1~数個(例えば、1~10個、1~5個、1~3個)のアミノ酸残基の置換、欠失、付加又は挿入を含むポリペプチドも本発明に含まれる。
本実施形態の好ましい一例において、GPCRポリペプチドは、下記表1-1及び1-2の(1)のGPCRの(2)の配列番号で示されるアミノ酸配列において(3)の配列番号で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなる。より好ましくは、該GPCRポリペプチドは、下記表1-1及び1-2の(3)の配列番号108~214及び275~312のいずれかで示されるアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチド、又は下記表1-1の(3)の配列番号112若しくは113で示されるアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドと配列番号114で示されるアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドとの組み合わせである。尚、配列番号108~112、114~120、138~145、167、183、187、192及び209のいずれかで示されるアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドは、オリジナルのGPCRに比べて、膜発現が高度に向上している。表1-1及び1-2において、No.1~145の(1)のGPCRはヒトGPCRであり、Accession No.とは、GenBankにおけるAccession No.を示す。
上記表1-1のNo.1~4の(1)のGPCRの(2)の配列番号で示されるアミノ酸配列において(3)の配列番号で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドは、鋤鼻受容体ポリペプチドである。上記表1-1において、(3)の配列番号108~111のいずれかで示されるアミノ酸配列からなる鋤鼻受容体ポリペプチドは、No.1~4の(1)の鋤鼻受容体の(2)の配列番号1~4のいずれかで示されるアミノ酸配列及び脊椎動物における該鋤鼻受容体のオルソログにコードされる鋤鼻受容体のアミノ酸配列から導き出されるコンセンサスアミノ酸配列からなるコンセンサス鋤鼻受容体である。
上記表1-1のNo.5~30の(1)のGPCRの(2)の配列番号で示されるアミノ酸配列において(3)の配列番号で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドは、味覚受容体ポリペプチドである。このうち、No.5の(1)のGPCRの(2)の配列番号で示されるアミノ酸配列において(3)の配列番号で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドと、No.7の(1)のGPCRの(2)の配列番号で示されるアミノ酸配列において(3)の配列番号で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドは、うま味受容体複合体を形成する。また、No.6の(1)のGPCRの(2)の配列番号で示されるアミノ酸配列において(3)の配列番号で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドと、No.7の(1)のGPCRの(2)の配列番号で示されるアミノ酸配列において(3)の配列番号で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドは、甘味受容体複合体を形成する。一方、No.8~30の(1)のGPCRの(2)の配列番号で示されるアミノ酸配列において(3)の配列番号で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドは、苦味受容体ポリペプチドである。上記表1-1において、(3)の配列番号112~137のいずれかで示されるアミノ酸配列からなる味覚受容体ポリペプチドは、No.5~30の(1)の味覚受容体の(2)の配列番号5~30のいずれかで示されるアミノ酸配列及び脊椎動物における該味覚受容体のオルソログにコードされる味覚受容体のアミノ酸配列から導き出されるコンセンサスアミノ酸配列からなるコンセンサス味覚受容体である。
上記表1-1のNo.31~36の(1)のGPCRの(2)の配列番号で示されるアミノ酸配列において(3)の配列番号で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドは、微量アミン関連受容体ポリペプチドである。上記表1-1において、(3)の配列番号138~143のいずれかで示されるアミノ酸配列からなる微量アミン関連受容体ポリペプチドは、No.31~36の(1)の微量アミン関連受容体ポリペプチドの(2)の配列番号31~36のいずれかで示されるアミノ酸配列及び脊椎動物における該微量アミン関連受容体ポリペプチドのオルソログにコードされる微量アミン関連受容体ポリペプチドのアミノ酸配列から導き出されるコンセンサスアミノ酸配列からなるコンセンサス微量アミン関連受容体ポリペプチドである。そのうち、配列番号143で示されるアミノ酸配列からなる微量アミン関連受容体ポリペプチドは、上記基準(ii)において、目的の微量アミン関連受容体ポリペプチドのN末端構造をそのまま維持して得られたコンセンサスアミノ酸配列からなるコンセンサス微量アミン関連受容体である。
上記表1-1のNo.37~46の(1)のGPCRの(2)の配列番号で示されるアミノ酸配列において(3)の配列番号で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドは、Mas関連Gタンパク質共役型受容体ポリペプチドである。上記表1-1において、(3)の配列番号144~153のいずれかで示されるアミノ酸配列からなるMas関連Gタンパク質共役型受容体ポリペプチドは、No.37~46の(1)のGPCRの(2)の配列番号37~46のいずれかで示されるアミノ酸配列及び脊椎動物における該Mas関連Gタンパク質共役型受容体のオルソログにコードされるMas関連Gタンパク質共役型受容体のアミノ酸配列から導き出されるコンセンサスアミノ酸配列からなるコンセンサスMas関連Gタンパク質共役型受容体である。
上記表1-1及び1-2のNo.47~108の(1)のGPCRの(2)の配列番号で示されるアミノ酸配列において(3)の配列番号で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドは、GPRポリペプチドである。上記表1-1及び1-2において、(3)の配列番号154~214及び275のいずれかで示されるアミノ酸配列からなるGPRポリペプチドは、No.47~108の(1)のGPRの(2)の配列番号47~107及び237のいずれかで示されるアミノ酸配列及び脊椎動物における該GPRのオルソログにコードされるGPRのアミノ酸配列から導き出されるコンセンサスアミノ酸配列からなるコンセンサスGPRである。
上記表1-2のNo.109~145の(1)のGPCRの(2)の配列番号で示されるアミノ酸配列において(3)の配列番号で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドは、鋤鼻受容体ポリペプチド、味覚受容体ポリペプチド、微量アミン関連受容体ポリペプチド、Mas関連Gタンパク質共役型受容体ポリペプチド、GPRポリペプチド、及び嗅覚受容体ポリペプチド以外のその他のGPCRポリペプチドである。上記表1-2において、(3)の配列番号276~312のいずれかで示されるアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドは、No.109~145の(1)のGPCRの(2)の配列番号238~274のいずれかで示されるアミノ酸配列及び脊椎動物における該GPCRのオルソログにコードされるGPCRのアミノ酸配列から導き出されるコンセンサスアミノ酸配列からなるコンセンサスGPCRである。
本発明のGPCRポリペプチドの「発現」とは、当該ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドから、翻訳産物が産生され、且つ翻訳産物が機能的な状態でその作用部位である細胞膜に局在することをいう。本発明のGPCRポリペプチドは、当技術分野で公知の手法により、細胞に発現させればよい。例えば、GPCRポリペプチドは、該ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを含有するベクターを宿主となる細胞に導入するか、又は該ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを含むDNA断片を宿主となる細胞のゲノムに導入することで、該細胞の細胞膜に発現させることができる。好ましくは、GPCRポリペプチドは、該ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを含有するベクターを用いて宿主細胞を形質転換することで、該宿主細胞の細胞膜に発現される。宿主細胞は、外来のGPCRを機能的に発現できる細胞であればよい。具体的な細胞の例としては、ヒト胚性腎臓細胞(HEK293細胞)、チャイニーズハムスター細胞(CHO細胞)、サル細胞(COS細胞)、単離嗅神経細胞、アフリカツメガエル卵母細胞、昆虫細胞、酵母または細菌等が挙げられるが、これに限定されない。
GPCRポリペプチドをコードするポリヌクレオチドは、当技術分野で公知の各種の変異導入技術を使用して得ることができる。例えば、GPCRポリペプチドをコードするポリヌクレオチドは、目的のGPCRのアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチドにおいて、改変すべきアミノ酸残基をコードするヌクレオチド配列を、改変後のアミノ酸残基をコードするヌクレオチド配列に改変することにより得ることができる。
目的のGPCRのアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチドへの目的の変異の導入は、当業者に周知の様々な部位特異的変異導入法を用いて行うことができる。部位特異的変異導入法は、例えば、インバースPCR法やアニーリング法などの任意の手法により行うことができる。市販の部位特異的変異導入用キット(例えば、Stratagene社のQuickChange II Site-Directed Mutagenesis Kitや、QuickChange Multi Site-Directed Mutagenesis Kit等)を使用することもできる。
あるいは、GPCRポリペプチドをコードするポリヌクレオチドは、人工DNA切断酵素(artificial DNA nucleases又はProgrammable nuclease)を用いたゲノム編集、そのヌクレオチド配列に基づいたDNA合成などによっても取得することができる。
GPCRポリペプチドをコードするポリヌクレオチドは、一本鎖又は二本鎖のDNA、cDNA、RNAもしくは他の人工核酸を含み得る。該DNA、cDNA及びRNAは、化学合成されていてもよい。また該ポリヌクレオチドは、オープンリーディングフレーム(ORF)に加えて、非翻訳領域(UTR)のヌクレオチド配列を含んでいてもよい。また該ポリヌクレオチドは、GPCRの発現用細胞の種にあわせて、コドンが最適化されていてもよい。各種生物が使用するコドンの情報は、Codon Usage Database([www.kazusa.or.jp/codon/])から入手可能である。
好ましい一例において、GPCRポリペプチドをコードするポリヌクレオチドは、配列番号215~234及び313~317のいずれかで示される塩基配列からなる。該ポリヌクレオチドは、それぞれ、配列番号108~112、114~120、138~145、167、183、187、192及び209で示されるアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドをコードする。
得られたGPCRポリペプチドをコードするポリヌクレオチドは、ベクター又はDNA断片に組み込むことができる。好ましくは、該ベクターは発現ベクターである。また好ましくは、該ベクターは、GPCRポリヌクレオチドを宿主細胞に導入することができ、かつ宿主細胞内で該ポリヌクレオチドを発現することができる発現ベクターである。好ましくは、該ベクターは、プラスミド等の染色体外で自立増殖及び複製可能なベクターであってもよく、又は染色体内に組み込まれるベクターであってもよい。具体的なベクターの例としては、pME18Sが挙げられるが、これに限定されない。
該ベクターは、好ましくは、GPCRポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、及びこれと作動可能に連結された制御領域を含む。該制御領域は、該ベクターが導入された宿主細胞内で、導入されたGPCRポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを発現させるための配列であり、例えば、プロモーターやターミネーター等の発現調節領域、転写開始点などが挙げられる。該制御領域の種類は、ベクターの種類に応じて適宜選択することができる。必要に応じて、該ベクター又はDNA断片はさらに、アンピシリン等の薬剤耐性遺伝子を選択マーカーとして有していてもよい。該制御領域及び選択マーカー遺伝子は、該ベクターに元々含まれているものを使用してもよく、又はGPCRポリペプチドをコードするポリヌクレオチドと一緒に又は別々に該ベクターに組み込まれてもよい。
GPCRポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを含有するDNA断片の例としては、PCR増幅DNA断片及び制限酵素切断DNA断片が挙げられる。好ましくは、該DNA断片は、該ポリヌクレオチド、及びこれと作動可能に連結された制御領域を含む発現カセットであり得る。使用できる制御領域の例は、ベクターの場合と同様である。
好適には、GPCRポリペプチドの細胞膜発現を促進するために、GPCRポリペプチドをコードするポリヌクレオチドとともに、RTP(receptor-transporting protein)をコードするポリヌクレオチド(本明細書において、RTP遺伝子ともいう)を細胞に導入する。あるいは、好適には、GPCRポリペプチドの細胞膜発現を促進するために、GPCRポリペプチドをコードするポリヌクレオチドとともに、REEP(receptor expression enhancing protein)をコードするポリヌクレオチド(本明細書において、REEP遺伝子ともいう)を細胞に導入する。例えば、RTP遺伝子もしくはREEP遺伝子とGPCRポリペプチドをコードするポリヌクレオチドとを含むベクターを構築し、それを宿主細胞に導入してもよく、又はRTP遺伝子もしくはREEP遺伝子を含むベクターとGPCRポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを含むベクターをそれぞれ宿主細胞に導入してもよい。RTPの例としてはRTP1S、RTP3及びRTP4が挙げられ、RTP1Sの例としては、ヒトRTP1Sが挙げられる。ヒトRTP1Sは、GenBankにAY562235として登録されており、配列番号235のヌクレオチド配列を有する遺伝子にコードされる、配列番号236のアミノ酸配列からなるポリペプチドである。REEPの例としてはREEP1及びREEP2が挙げられ、REEP1の例としては、ヒトREEP1が、REEP2の例としては、ヒトREEP2が挙げられる。
宿主細胞へのベクター又はDNA断片の導入には、哺乳動物細胞に関して一般的な形質転換法、例えばエレクトロポレーション法、リポフェクション法、パーティクル・ガン法などを用いることができる。目的のベクター又はDNA断片が導入された形質転換細胞は、選択マーカーを利用して選択することができる。あるいは、細胞のDNAの配列を調べることで目的のベクター又はDNA断片の導入を確認することもできる。
上記手順で細胞に導入されたベクター又はDNA断片に含まれる本発明のGPCRポリペプチドをコードするポリヌクレオチドから該GPCRポリペプチドが産生され、細胞膜に組み込まれる。よって、本発明の発現方法により発現されたGPCRポリペプチドは、該GPCRポリペプチドを発現するように遺伝的に操作された形質転換細胞の細胞膜に発現される。
本発明のGPCRポリペプチドの細胞膜発現(量)は、例えば、該GPCRポリペプチドに予めFLAGタグなどのタグを融合させておき、該タグを特異的に認識する抗体を用いてフローサイトメトリー法などの公知の手法により測定することができる。
本発明の発現方法により発現されたGPCRポリペプチドは、オリジナルのGPCRに比して培養細胞膜上で効率よく発現することができる。また、該GPCRポリペプチドの応答は、オリジナルのGPCRの応答を反映していると考えられる。したがって、別の一態様において本発明は、目的のGPCRの応答の測定方法を提供する。当該方法は、本発明のGPCRポリペプチドの発現方法により発現されたGPCRポリペプチドの応答を測定すること、を含む。本発明の応答測定方法によれば、目的のGPCRの応答測定効率を改善でき、従来培養細胞の細胞膜での発現が不十分なために機能解析ができなかった目的のGPCRの応答の測定を可能にする。
本発明の応答測定方法に使用されるGPCRポリペプチドは、本発明の発現方法で発現されたGPCRポリペプチドであればよい。該GPCRポリペプチドについては、上述のとおりである。該GPCRポリペプチドの具体例としては、好ましくは、配列番号108~214及び275~312のいずれかで示されるアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチド、又は配列番号112若しくは113で示されるアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドと配列番号114で示されるアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドとの組み合わせが挙げられる。該GPCRポリペプチドは、リガンドに対する応答性を失わない限り、任意の形態で使用され得る。例えば、該GPCRポリペプチドは、該GPCRポリペプチドを発現する形質転換細胞又はその培養物、該GPCRポリペプチドを有する該形質転換細胞の膜、該GPCRポリペプチドを有する人工脂質二重膜、などの形態で使用され得る。好ましくは、該GPCRポリペプチドとして、該GPCRポリペプチドを発現する形質転換細胞又はその培養物が使用される。
本発明の応答測定方法において、GPCRポリペプチドの応答の測定は、GPCRの応答を測定する方法として当該分野で知られている任意の方法によって行えばよい。例えば、直接的若しくは間接的に細胞内cAMP量を測定する方法によって行えばよい。例えば、Gタンパク質共役型受容体は、リガンドによって活性化されると、細胞内のGsファミリーに分類されるGタンパク質αサブユニットもしくはGiファミリーに分類されるGタンパク質αサブユニットと共役してアデニル酸シクラーゼを活性化もしくは抑制することで、細胞内cAMP量を変動させることが知られている。一方で、Gタンパク質共役型受容体はリガンドにより活性化されると、細胞内でGαq、Gα16、Gα15などGqファミリーに属するタンパク質とも共役し、細胞内でカルシウムイオン量を増加させることもできる。したがって、細胞内カルシムイオン量、もしくはそれらを介して活性化する下流分子の挙動を指標にすることで、GPCRポリペプチドの応答を測定することができる。cAMP量を測定する方法としては、ELISA法やレポータージーンアッセイ等が挙げられる。カルシウムイオン濃度を測定する方法は、カルシウムイメージング法やTGFα shedding assayが挙げられる。TGFα shedding assayはGPCRが細胞内でGα12、Gα13と共役した場合、そのシグナルを測定するためにも有効である。また、cAMP量を介して活性化する下流分子の挙動を指標とした方法の例として、アフリカツメガエル卵母細胞において、cAMPシグナルにより活性化する嚢胞性線維症膜コンダクタンス制御因子CFTRを介した細胞膜内外の電位変化を測定する二電極膜電位固定法も有効である。目的のGPCRと共役しやすいGタンパク質αサブユニットと、他の任意のGタンパク質αサブユニットとのキメラタンパク質を利用することで、上記の任意の応答測定方法を用いることができる。例えば、味覚受容体は様々なGタンパク質αサブユニットの中で、Giファミリーに属するものと効率よく共役できる。このことを踏まえて、Gαi3やGαgustのC末端側5アミノ酸をもつGα15(Gα15/i3、Gα15/gust)を利用することで、活性化した味覚受容体を由来とするシグナルを、本来の細胞内cAMP量の低下ではなく細胞内カルシウムイオン濃度の上昇として検出することができる。また、本発明に従いGPCRポリペプチドを細胞に発現させた細胞から該GPCRポリペプチドを精製した上で、リガンドとの結合性を評価してもよい。精製GPCRポリペプチドのリガンドとの結合性を評価する方法は、当該分野で知られている任意の方法によって行えばよい。例えば、リガンド添加条件でのGPCRポリペプチドから生じる熱量を測定する方法、及びGPCRポリペプチドの熱安定性の変化を評価する方法が挙げられる。
上述したように、本発明の発現方法により発現されたGPCRポリペプチドは、オリジナルのGPCRに比して培養細胞膜上で効率よく発現することができ、該GPCRポリペプチドの応答はオリジナルのGPCRの応答を反映していると考えられるので、該GPCRポリペプチドを用いてオリジナルのGPCRのリガンドを探索することができる。したがって、別の一態様において本発明は、目的のGPCRのリガンドの探索方法を提供する。当該方法は、試験物質存在下で、本発明の発現方法により発現されたGPCRポリペプチドの応答を測定すること、及び該GPCRポリペプチドが応答した試験物質を選択すること、を含む。本発明のリガンド探索方法によれば、目的のGPCRのリガンド探索効率を改善でき、従来培養細胞の細胞膜での発現が十分でないために機能解析ができなかった目的のGPCRのリガンドの探索を可能にする。
本発明のリガンド探索方法に使用される試験物質は、目的のGPCRのリガンドであるか否かの確認を所望する物質であれば、特に制限されない。試験物質は、天然に存在する物質であっても、化学的もしくは生物学的方法などで人工的に合成した物質であってもよく、又は化合物であっても、組成物もしくは混合物であってもよい。
本発明のリガンド探索方法に使用されるGPCRポリペプチド及びその形態については、本発明の応答測定方法に使用されるGPCRポリペプチド及びその形態と同様である。
本発明のリガンド探索方法においては、本発明の発現方法により発現されたGPCRポリペプチドに試験物質が適用される。GPCRポリペプチドに試験物質を適用する手段としては、該GPCRポリペプチドを発現する細胞を培養する培地に試験物質を添加する方法などが挙げられるが、特に限定されない。
本発明のリガンド探索方法においては、GPCRポリペプチドへの試験物質の添加に続いて、該試験物質に対する該GPCRポリペプチドの応答が測定される。応答を測定する方法としては、本発明の応答測定方法と同様の手法を使用できる。
次いで、測定されたGPCRポリペプチドの応答に基づいて、試験物質を評価する。該GPCRポリペプチドの応答を引き起こす試験物質は、該GPCRポリペプチドのリガンド、すなわちオリジナルのGPCRのリガンドと判定することができる。したがって、本発明のリガンド探索方法においては、該GPCRポリペプチドが応答した試験物質がオリジナルのGPCRのリガンドとして選択される。
好適には、試験物質に対するGPCRポリペプチドの応答は、試験物質を添加したGPCRポリペプチド(試験群)の応答を、対照群における該GPCRポリペプチドの応答と比較することによって評価することができる。対照群としては、試験物質を添加していない該GPCRポリペプチド、対照物質を添加した該GPCRポリペプチド、より低濃度の試験物質を添加した該GPCRポリペプチド、試験物質を添加する前の該GPCRポリペプチド、などを挙げることができる。試験群における応答が対照群と比べてより高い場合、該GPCRポリペプチドは該試験物質に応答したと評価され、該試験物質はオリジナルのGPCRのリガンドとして選択される。
したがって、本発明のリガンド探索方法の一実施形態においては、試験物質の存在下及び非存在下でのGPCRポリペプチドの応答が測定され、次いで、試験物質の存在下での応答が、試験物質非存在下での応答に比べて高いか否かが判定される。試験物質の存在下での応答がより高い場合、該試験物質はリガンドとして選択される。好ましい実施形態においては、試験物質の存在下でのGPCRポリペプチドの応答強度が、試験物質非存在下と比較して、好ましくは120%以上、より好ましくは150%以上、さらに好ましくは200%以上であれば、該試験物質はオリジナルのGPCRのリガンドとして選択される。別の好ましい実施形態においては、試験物質の存在下でのGPCRポリペプチドの応答強度が、試験物質非存在下と比較して統計学的に有意に増加していれば、該試験物質はオリジナルのGPCRのリガンドとして選択される。
また、上述したように、本発明の発現方法により発現されたGPCRポリペプチドは、オリジナルのGPCRに比して培養細胞膜上で効率よく発現することができ、該GPCRポリペプチドの応答はオリジナルのGPCRの応答を反映していると考えられるので、該GPCRポリペプチドを用いてオリジナルのGPCRにおけるリガンドの認識を制御する物質を評価及び/又は選択することができる。したがって、別の一態様において本発明は、目的のGPCRのリガンドの認識の制御剤の評価及び/又は選択方法を提供する。当該方法は、本発明の発現方法により発現されたGPCRポリペプチドに試験物質及び標的のリガンドを添加すること、及び該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を測定すること、を含む。一例において、鋤鼻受容体は、フェロモン受容体として機能すると考えられているので、GPCRポリペプチドとして鋤鼻受容体ポリペプチドを用いる場合、リガンドとしては、好ましくはフェロモン物質が挙げられる。また、別の一例において、GPCRポリペプチドとして味覚受容体ポリペプチドを用いる場合、リガンドとしては、好ましくは味物質(苦味物質、うま味物質、又は甘味物質)が挙げられる。目的のGPCRのリガンドとしては、本発明のリガンドの探索方法により選択されたリガンドが好ましい。本発明の制御剤の評価及び/又は選択方法によれば、標的のリガンドの認識を選択的に抑制又は増強することができる物質を効率よく評価又は選択することができる。
本発明の制御剤の評価及び/又は選択は、in vitro又はex vivoで行われる方法であり得る。
本発明の制御剤の評価及び/又は選択方法に使用される試験物質は、標的のリガンドの認識の制御剤として使用することを所望する物質であれば、特に制限されない。試験物質は、天然に存在する物質であっても、化学的若しくは生物学的方法等で人工的に合成した物質であってもよく、又は化合物であっても、組成物若しくは混合物であってもよい。
本発明の制御剤の評価及び/又は選択方法に使用されるGPCRポリペプチド及びその形態については、本発明の応答測定方法に使用されるGPCRポリペプチド及びその形態と同様である。
本発明の制御剤の評価及び/又は選択方法においては、本発明の発現方法により発現されたGPCRポリペプチドに試験物質及び標的のリガンドが適用される。GPCRポリペプチドに試験物質及び標的のリガンドを適用する手段としては、該GPCRポリペプチドを発現する細胞を培養する培地に試験物質及び標的のリガンドを添加する方法などが挙げられるが、特に限定されない。
本発明の制御剤の評価及び/又は選択方法においては、GPCRポリペプチドへの試験物質及び標的のリガンドの添加に続いて、該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答が測定される。応答を測定する方法としては、本発明の応答測定方法と同様の手法を使用できる。
次いで、測定した応答に基づいて、該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を抑制する試験物質を検出する。検出された試験物質は、該リガンドの認識の抑制剤として選択される。あるいは、測定した応答に基づいて、該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を増強する試験物質を検出する。検出された試験物質は、該リガンドの認識の増強剤として選択される。
該GPCRポリペプチドの該リガンドに対する応答を抑制する試験物質は、該リガンドの認識の抑制剤として選択される。あるいは、該GPCRポリペプチドの該リガンドに対する応答を増強する試験物質は、該リガンドの認識の増強剤として選択される。該GPCRポリペプチドの該リガンドへの応答に対して該試験物質が及ぼす作用は、例えば、試験物質を添加した該GPCRポリペプチド(試験群)の該リガンドに対する応答を、対照群における該リガンドに対する応答と比較することによって評価することができる。対照群の例としては、試験物質を添加していない該GPCRポリペプチド、対照物質を添加した該GPCRポリペプチド、より低濃度の試験物質を添加した該GPCRポリペプチド、試験物質を添加する前の該GPCRポリペプチド、該GPCRポリペプチドが発現していない細胞、などを挙げることができる。好ましくは、本発明の抑制剤の評価及び/又は選択方法は、試験物質の存在下及び非存在下で、該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの活性を測定することを含む。
例えば、試験群における応答が、対照群よりも抑制されていた場合、該試験物質を、標的のリガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を抑制する物質、すなわち該リガンドに対するオリジナルのGPCRの応答を抑制する物質として同定することができる。例えば、試験群における該GPCRポリペプチドの応答が、対照群と比較して好ましくは60%以下、より好ましくは50%以下、さらに好ましくは25%以下に抑制されていれば、該試験物質を、該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を抑制する物質、すなわち該リガンドに対するオリジナルのGPCRの応答を抑制する物質として同定することができる。あるいは、試験群における該GPCRポリペプチドの応答が、対照群と比較して統計学的に有意に抑制されていれば、該試験物質を、該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を抑制する物質、すなわち該リガンドに対するオリジナルのGPCRの応答を抑制する物質として同定することができる。
あるいは、例えば、試験群における応答が、対照群よりも増強されていた場合、該試験物質を、標的のリガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を増強する物質、すなわち該リガンドに対するオリジナルのGPCRの応答を増強する物質として同定することができる。例えば、試験群における該GPCRポリペプチドの応答が、対照群と比較して好ましくは120%以上、より好ましくは150%以上、さらに好ましくは200%以上に増強されていれば、該試験物質を、該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を増強する物質、すなわち該リガンドに対するオリジナルのGPCRの応答を増強する物質として同定することができる。あるいは、試験群における該GPCRポリペプチドの応答が、対照群と比較して統計学的に有意に増強されていれば、該試験物質を、該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を増強する物質、すなわち該リガンドに対するオリジナルのGPCRの応答を増強する物質として同定することができる。
本発明の制御剤の評価及び/又は選択方法の一実施形態においては、GPCRポリペプチドは本発明の発現方法により発現された鋤鼻受容体ポリペプチドであり、目的のGPCRのリガンドはフェロモン物質であり、リガンド認識の制御剤として、フェロモン抑制剤又はフェロモン増強剤が評価及び/又は選択される。本発明の制御剤の評価及び/又は選択方法の別の一実施形態においては、GPCRポリペプチドは本発明の発現方法により発現されたうま味受容体ポリペプチド(コンセンサスTAS1R1とコンセンサスTAS1R3との組み合わせ)であり、目的のGPCRのリガンドはうま味物質であり、リガンド認識の制御剤として、うま味抑制剤又はうま味増強剤が評価及び/又は選択される。本発明の制御剤の評価及び/又は選択方法の別の一実施形態においては、GPCRポリペプチドは本発明の発現方法により発現された甘味受容体ポリペプチド(コンセンサスTAS1R2とコンセンサスTAS1R3との組み合わせ)であり、目的のGPCRのリガンドは甘味物質であり、リガンド認識の制御剤として、甘味抑制剤又は甘味増強剤が評価及び/又は選択される。本発明の制御剤の評価及び/又は選択方法の別の一実施形態においては、GPCRポリペプチドは本発明の発現方法により発現された苦味受容体ポリペプチドであり、目的のGPCRのリガンドは苦味物質であり、リガンド認識の制御剤として、苦味抑制剤又は苦味増強剤が評価及び/又は選択される。
上記の手順で同定された試験物質は、標的のリガンドに対するGPCRの応答を制御することによって、個体による該リガンドの認識を制御することができる物質である。したがって、上記手順で同定された試験物質は、該リガンドの認識の制御剤として選択することができる。本発明の制御剤の評価及び/又は選択方法によって標的のリガンドの認識の制御剤として選択された物質は、該リガンドに対するGPCRの応答制御によって、該リガンドの認識を制御することができる。
したがって、一実施形態において、本発明のリガンドの認識の制御剤の評価及び/又は選択方法によって選択された物質は、該リガンドの認識の制御剤の有効成分であり得る。あるいは、本発明のリガンドの認識の制御剤の評価及び/又は選択方法によって選択された物質は、該リガンドの認識を制御するための化合物又は組成物に、該リガンドの認識を制御するための有効成分として含有され得る。またあるいは、本発明のリガンドの認識の制御剤の評価及び/又は選択方法によって選択された物質は、該リガンドの認識の制御剤の製造のため、又は該リガンドの認識を制御するための化合物若しくは組成物の製造のために使用することができる。該物質によれば、標的のリガンドの認識を抑制又は増強することができる。
また、上述したように、本発明の発現方法により発現されたGPCRポリペプチドは、オリジナルのGPCRに比して培養細胞膜上で効率よく発現することができ、該GPCRポリペプチドの応答はオリジナルのGPCRの応答を反映していると考えられるので、該GPCRポリペプチドとして味覚受容体ポリペプチドを用いて試験物質の味を評価することができる。したがって、別の一態様において本発明は、味の評価方法を提供する。当該方法は、本発明の発現方法により発現されたGPCRポリペプチドに試験物質を添加すること、及び該試験物質に対する該GPCRポリペプチドの応答を測定すること、を含み、該GPCRポリペプチドが味覚受容体ポリペプチドである方法である。本発明の味評価方法によれば、試験物質の味を効率よく評価することができる。
本発明の味評価方法に使用される試験物質は、味(例えば、うま味、甘味、又は苦味)の有無又は程度の確認を所望する物質であれば、特に制限されない。試験物質は、天然に存在する物質であっても、化学的もしくは生物学的方法などで人工的に合成した物質であってもよく、又は化合物であっても、組成物もしくは混合物であってもよい。
本発明の味評価方法に使用されるGPCRポリペプチド及びその形態については、該GPCRポリペプチドが味覚受容体ポリペプチドである限りにおいて、本発明の応答測定方法に使用されるGPCRポリペプチド及びその形態と同様である。
本発明の味評価方法においては、本発明の発現方法により発現されたGPCRポリペプチドに試験物質が適用される。GPCRポリペプチドに試験物質を適用する手段としては、該GPCRポリペプチドを発現する細胞を培養する培地に試験物質を添加する方法などが挙げられるが、特に限定されない。
本発明の味評価方法においては、GPCRポリペプチドへの試験物質の添加に続いて、該試験物質に対する該GPCRポリペプチドの応答が測定される。応答を測定する方法としては、本発明の応答測定方法と同様の手法を使用できる。
次いで、測定されたGPCRポリペプチドの応答に基づいて、試験物質を評価する。該GPCRポリペプチドの応答を引き起こす試験物質は、味(例えば、うま味、甘味、又は苦味)を呈する物質であると評価することができる。試験物質が引き起こす応答強度が大きい程、該試験物質の味の程度は大きい(例えば、よりうま味が強い、より甘味が強い、又はより苦味が強い)と評価される。
好適には、試験物質に対するGPCRポリペプチドの応答は、試験物質を添加したGPCRポリペプチド(試験群)の応答を、対照群における該GPCRポリペプチドの応答と比較することによって評価することができる。対照群としては、試験物質を添加していない該GPCRポリペプチド、対照物質を添加した該GPCRポリペプチド、より低濃度の試験物質を添加した該GPCRポリペプチド、試験物質を添加する前の該GPCRポリペプチド、などを挙げることができる。試験群における応答が対照群と比べてより高い場合、該試験物質は味を呈する物質であると評価される。
したがって、本発明の味評価方法の一実施形態においては、試験物質の存在下及び非存在下でのGPCRポリペプチドの応答が測定され、次いで、試験物質の存在下での応答が、試験物質非存在下での応答に比べて高いか否かが判定される。試験物質の存在下での応答がより高い場合、該試験物質は味を呈する物質であると評価される。好ましい実施形態においては、試験物質の存在下でのGPCRポリペプチドの応答強度が、試験物質非存在下と比較して、好ましくは120%以上、より好ましくは150%以上、さらに好ましくは200%以上であれば、該試験物質は味を呈する物質であると評価される。別の好ましい実施形態においては、試験物質の存在下でのGPCRポリペプチドの応答強度が、試験物質非存在下と比較して統計学的に有意に増加していれば、該試験物質は味を呈する物質であると評価される。
本発明の味評価方法の一実施形態においては、GPCRポリペプチドは本発明の発現方法により発現されたうま味受容体ポリペプチド(コンセンサスTAS1R1とコンセンサスTAS1R3との組み合わせ)であり、評価対象の味はうま味である。本発明の味評価方法の別の一実施形態においては、GPCRポリペプチドは本発明の発現方法により発現された甘味受容体ポリペプチド(コンセンサスTAS1R2とコンセンサスTAS1R3との組み合わせ)であり、評価対象の味は甘味である。本発明の味評価方法の別の一実施形態においては、GPCRポリペプチドは本発明の発現方法により発現された苦味受容体ポリペプチドであり、評価対象の味は苦味である。
また、上述したように、本発明の発現方法により発現されたGPCRポリペプチドは、オリジナルのGPCRに比して培養細胞膜上で効率よく発現することができ、該GPCRポリペプチドの応答はオリジナルのGPCRの応答を反映していると考えられるので、該GPCRポリペプチドとして微量アミン関連受容体ポリペプチドを用いてオリジナルのGPCRにおけるリガンド(におい物質、具体的にはアミン)のにおい認識を抑制する物質を評価及び/又は選択することができる。該GPCRポリペプチドの応答を抑制する物質は、該GPCRポリペプチドのリガンド応答に変化を生じさせ、すなわちオリジナルのGPCRのリガンド応答に変化を生じさせ、結果として、受容体アンタゴニズムに基づいてリガンドのにおいを選択的に抑制することができる。一方、該GPCRポリペプチドの応答を増強する物質は、該GPCRポリペプチドのリガンド応答に変化を生じさせ、すなわちオリジナルのGPCRのリガンド応答に変化を生じさせ、結果として、受容体アゴニズムによるにおいの交差順応に基づいてリガンドのにおいを選択的に抑制することができる。
したがって、別の一態様において本発明は、目的のGPCRのリガンドのにおいの抑制剤の評価及び/又は選択方法を提供する。当該方法は、試験物質添加後の該GPCRポリペプチドの応答を測定することを含み、該GPCRポリペプチドが微量アミン関連受容体ポリペプチドである方法である。測定された応答に基づいて、該GPCRポリペプチドの応答を抑制又は増強する試験物質が検出される。検出された試験物質は、標的のリガンドのにおいの抑制剤として選択される。すなわち、該GPCRポリペプチドの応答を抑制する試験物質は、受容体アンタゴニズムに基づく該リガンドのにおいの抑制剤として選択され、該GPCRポリペプチドの応答を増強する試験物質は、受容体アゴニズムによるにおいの交差順応に基づく該リガンドのにおいの抑制剤として選択される。目的のGPCRのリガンドとしては、本発明のリガンドの探索方法により選択されたリガンドが好ましい。本発明のにおい抑制剤の評価及び/又は選択方法によれば、標的のリガンドのにおいを選択的に抑制することができる物質を効率よく評価又は選択することができ、標的のリガンドが従来培養細胞の細胞膜での発現が十分でないために機能解析ができなかったGPCRのリガンドである場合でも、該リガンドのにおいを選択的に抑制することができる物質を評価又は選択することができる。
本発明のにおい抑制剤の評価及び/又は選択は、in vitro又はex vivoで行われる方法であり得る。
本発明のにおい抑制剤の評価及び/又は選択方法に使用される試験物質は、標的のリガンドのにおいの抑制剤として使用することを所望する物質であれば、特に制限されない。試験物質は、天然に存在する物質であっても、化学的若しくは生物学的方法等で人工的に合成した物質であってもよく、又は化合物であっても、組成物若しくは混合物であってもよい。
本発明のにおい抑制剤の評価及び/又は選択方法に使用されるGPCRポリペプチド及びその形態については、該GPCRポリペプチドが微量アミン関連受容体ポリペプチドである限りにおいて、本発明の応答測定方法に使用されるGPCRポリペプチド及びその形態と同様である。
本発明のにおい抑制剤の評価及び/又は選択方法においては、本発明の発現方法により発現されたGPCRポリペプチドに試験物質が適用される。GPCRポリペプチドに試験物質を適用する手段としては、該GPCRポリペプチドを発現する細胞を培養する培地に試験物質を添加する方法などが挙げられるが、特に限定されない。
本発明のにおい抑制剤の評価及び/又は選択方法においては、GPCRポリペプチドへの試験物質の添加に続いて、該試験物質に対する該GPCRポリペプチドの応答が測定される。応答を測定する方法としては、本発明の応答測定方法と同様の手法を使用できる。
第一の実施形態において、本発明のにおい抑制剤の評価及び/又は選択方法は、本発明の発現方法により発現されたGPCRポリペプチドに試験物質及び標的のリガンドを添加すること、及び該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を測定すること、を含む。GPCRポリペプチドにリガンドを適用する方法としては、試験物質を適用する方法と同様の手法を使用できる。次いで、測定した応答に基づいて、該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を抑制する試験物質を検出する。検出された試験物質は、該リガンドのにおいの抑制剤として選択される。
該第一の実施形態においては、該GPCRポリペプチドの該リガンドに対する応答を抑制する試験物質は、受容体アンタゴニズムに基づく該リガンドのにおいの抑制剤として選択される。該GPCRポリペプチドの該リガンドへの応答に対して該試験物質が及ぼす作用は、例えば、試験物質を添加した該GPCRポリペプチド(試験群)の該リガンドに対する応答を、対照群における該リガンドに対する応答と比較することによって評価することができる。対照群の例としては、試験物質を添加していない該GPCRポリペプチド、対照物質を添加した該GPCRポリペプチド、より低濃度の試験物質を添加した該GPCRポリペプチド、試験物質を添加する前の該GPCRポリペプチド、該GPCRポリペプチドが発現していない細胞、などを挙げることができる。好ましくは、該第一の実施形態における本発明のにおい抑制剤の評価及び/又は選択方法は、試験物質の存在下及び非存在下で、該リガンドに対する該嗅GPCRポリペプチドの活性を測定することを含む。
例えば、試験群における応答が、対照群よりも抑制されていた場合、該試験物質を、標的のリガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を抑制する物質、すなわち該リガンドに対するオリジナルのGPCRの応答を抑制する物質として同定することができる。例えば、試験群における該GPCRポリペプチドの応答が、対照群と比較して好ましくは60%以下、より好ましくは50%以下、さらに好ましくは25%以下に抑制されていれば、該試験物質を、該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を抑制する物質、すなわち該リガンドに対するオリジナルのGPCRの応答を抑制する物質として同定することができる。あるいは、試験群における該GPCRポリペプチドの応答が、対照群と比較して統計学的に有意に抑制されていれば、該試験物質を、該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を抑制する物質、すなわち該リガンドに対するオリジナルのGPCRの応答を抑制する物質として同定することができる。
第二の実施形態において、本発明のにおい抑制剤の評価及び/又は選択方法は、本発明の発現方法により発現されたGPCRポリペプチドに試験物質を添加すること、及び該試験物質に対する該GPCRポリペプチドの応答を測定すること、を含む。次いで、測定した応答に基づいて、標的のリガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を増強する試験物質を検出する。検出された試験物質は、該リガンドのにおいの抑制剤として選択される。
該GPCRポリペプチドの応答を増強する試験物質は、先にGPCRの応答を増強させておくことで、後で標的のリガンドに曝露されたときの該GPCRの応答を弱めることができる。結果、におい交差順応に基づいて、個体による該リガンドのにおいの認識を抑制することができる。したがって、該第二の実施形態では、受容体アゴニズムによるにおいの交差順応に基づくリガンドのにおいの抑制剤が選択される。
該GPCRポリペプチドに対する試験物質の作用は、例えば、試験物質を添加した該GPCRポリペプチド(試験群)の応答を、対照群における応答と比較することによって評価することができる。対照群の例としては、上述したものが挙げられる。好ましくは、該第二の実施形態における本発明のにおい抑制剤の評価及び/又は選択方法は、試験物質の存在下および非存在下での該GPCRポリペプチドの活性を測定することを含む。また好ましくは、該第二の実施形態における本発明のにおい抑制剤の評価及び/又は選択方法は、試験物質の存在下で、該GPCRポリペプチドが発現した細胞及び未発現の細胞の該リガンドに対する応答を測定することを含む。
例えば、試験群における応答が対照群と比べて増強されていた場合、該試験物質を、標的のリガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を抑制する物質、すなわち該リガンドに対するオリジナルのGPCRの応答を抑制する物質として同定することができる。例えば、試験群における該GPCR体ポリペプチドの応答が、対照群と比較して、好ましくは120%以上、より好ましくは150%以上、さらに好ましくは200%に増強されていれば、該試験物質を、該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を抑制する物質、すなわち該リガンドに対するオリジナルのGPCRの応答を抑制する物質として同定することができる。あるいは、試験群における該GPCRポリペプチドの応答が、対照群と比較して統計学的に有意に増強されていれば、該試験物質を、該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を抑制する物質、すなわち該リガンドに対するオリジナルのGPCRの応答を抑制する物質として同定することができる。
上記の手順で同定された試験物質は、標的のリガンドに対するGPCRの応答を抑制することによって、個体による該リガンドのにおいの認識を抑制することができる物質である。したがって、上記手順で同定された試験物質は、該リガンドのにおいの抑制剤として選択することができる。本発明のにおい抑制剤の評価及び/又は選択方法によって標的のリガンドのにおいの抑制剤として選択された物質は、該リガンドに対するGPCRの応答抑制によって、該リガンドのにおいを抑制することができる。
したがって、一実施形態において、本発明のリガンドのにおい抑制剤の評価及び/又は選択方法によって選択された物質は、該リガンドのにおいの抑制剤の有効成分であり得る。あるいは、本発明のリガンドのにおいの抑制剤の評価及び/又は選択方法によって選択された物質は、該リガンドのにおいを抑制するための化合物又は組成物に、該リガンドのにおいを抑制するための有効成分として含有され得る。またあるいは、本発明のリガンドのにおいの抑制剤の評価及び/又は選択方法によって選択された物質は、該リガンドのにおいの抑制剤の製造のため、又は該リガンドのにおいを抑制するための化合物若しくは組成物の製造のために使用することができる。該物質によれば、従来の消臭剤または芳香剤を用いる消臭方法において生じていた芳香剤の強いにおいに基づく不快感等や、他のにおいをも抑えてしまうという問題を生じることがなく、標的のリガンドのにおいを消臭することができる。
本発明の例示的実施形態として、さらに以下の組成物、製造方法、用途あるいは方法を本明細書に開示する。ただし、本発明はこれらの実施形態に限定されない。
〔1〕GPCRポリペプチドの発現方法であって、
目的のGPCR(但し、嗅覚受容体を除く)のアミノ酸配列においてコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドを細胞に発現させることを含み、
該コンセンサスアミノ酸配列が、該目的のGPCRのアミノ酸配列及び脊椎動物における該目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRのアミノ酸配列のアラインメントから導き出されるアミノ酸配列である、
方法。
〔2〕GPCRポリペプチドの発現向上方法である、〔1〕記載の方法。
〔3〕目的のGPCRの機能化方法であって、
目的のGPCR(但し、嗅覚受容体を除く)のアミノ酸配列においてコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドを細胞に発現させることを含み、
該コンセンサスアミノ酸配列が、該目的のGPCRのアミノ酸配列及び脊椎動物における該目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRのアミノ酸配列のアラインメントから導き出されるアミノ酸配列である、
方法。
〔4〕前記オルソログが、哺乳類、鳥類、爬虫類、両生類及び魚類におけるオルソログから選択されるオルソログ、好ましくは哺乳類、鳥類、爬虫類及び両生類におけるオルソログから選択されるオルソログ、より好ましくは哺乳類におけるオルソログである、〔1〕~〔3〕のいずれか1項記載の方法。
〔5〕前記コンセンサスアミノ酸配列が、前記アラインメントから以下の(i)~(iii)の基準に従い同定したコンセンサス残基からなるアミノ酸配列である、〔1〕~〔4〕のいずれか1項記載の方法:
(i)該アラインメントの各アミノ酸位置において、
(i-i)該目的のGPCRのアミノ酸残基と異なり且つ出現頻度50%以上のアミノ酸残基が1種存在する場合、該アミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する、
(i-ii)出現頻度50%のアミノ酸残基が2種存在する場合、該目的のGPCRのアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する、
(i-iii)該目的のGPCRにアミノ酸残基が存在し且つ出現頻度40%以上でアミノ酸残基が存在しない場合、コンセンサス残基なしと同定する、
(i-iv)該目的のGPCRにアミノ酸残基が存在せず且つ出現頻度60%以上でアミノ酸残基が存在する場合、最も出現頻度が高いアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定し、最も出現頻度が高いアミノ酸残基が2種以上存在する場合は、該アミノ酸残基のうち最も分子量が小さいアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する、
(i-v)上記(i-i)~(i-iv)のいずれにも該当しない場合、該目的のGPCRのアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する、
(ii)上記(i)の基準に従いコンセンサス残基を同定したときに、最もN末端側のコンセンサス残基が該目的のGPCRのN末端又はそれよりもC末端側に相当する位置のコンセンサス残基であり且つメチオニン残基でない場合、最もN末端に近い位置のメチオニン残基からなるコンセンサス残基よりN末端側のコンセンサス残基をコンセンサス残基なしに変更する、
(iii)上記(i)の基準に従いコンセンサス残基を同定したときに、最もN末端側のコンセンサス残基が該目的のGPCRのN末端よりもN末端側に相当する位置のコンセンサス残基であり且つメチオニン残基でない場合、該アラインメントの該コンセンサス残基の位置よりN末端側にアミノ酸位置を1つずつ遡り、メチオニン残基が出現するまで、最も出現頻度が高いアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定し、最も出現頻度が高いアミノ酸残基が2種以上存在する場合は、該アミノ酸残基のうち最も分子量が小さいアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する。
〔6〕前記アラインメントが、前記目的のGPCRのアミノ酸配列と、前記脊椎動物における該目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRであって、少なくとも2種、好ましくは少なくとも5種、より好ましくは少なくとも11種、さらに好ましくは少なくとも15種、さらに好ましくは少なくとも30種、さらに好ましくは少なくとも100種のGPCRのアミノ酸配列とのアラインメントである、〔1〕~〔5〕のいずれか1項記載の方法。
〔7〕前記目的のGPCRがヒトGPCRである、〔1〕~〔6〕のいずれか1項記載の方法。
〔8〕前記目的のGPCRが、鋤鼻受容体、味覚受容体、微量アミン関連受容体、Mas関連Gタンパク質共役型受容体、又はGPRである、〔1〕~〔7〕のいずれか1項記載の方法。
〔9〕前記GPCRポリペプチドが、好ましくは下記表2-1及び2-2の(1)のGPCRの(2)の配列番号で示されるアミノ酸配列において(3)の配列番号で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなる、〔1〕~〔8〕のいずれか1項記載の方法。
〔10〕前記GPCRポリペプチドが、好ましくは配列番号108~142、144~214及び275~312のいずれかで示されるアミノ酸配列からなる、〔9〕記載の方法。
〔11〕GPCRポリペプチドの発現方法であって、
目的のGPCRのアミノ酸配列においてコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドを細胞に発現させることを含み、
該GPCRポリペプチドが、ヒトTAAR6の配列番号36で示されるアミノ酸配列において配列番号143で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなり、好ましくは配列番号143で示されるアミノ酸配列からなるものである、
方法。
〔12〕GPCRポリペプチドの発現向上方法である、〔11〕記載の方法。
〔13〕目的のGPCRの機能化方法であって、
目的のGPCRのアミノ酸配列においてコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドを細胞に発現させることを含み、
該GPCRポリペプチドが、ヒトTAAR6の配列番号36で示されるアミノ酸配列において配列番号143で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなり、好ましくは配列番号143で示されるアミノ酸配列からなるものである、
方法。
〔14〕前記GPCRポリペプチドが前記細胞の細胞膜に発現するものである、〔1〕~〔13〕のいずれか1項記載の方法。
〔15〕好ましくは、RTP1Sを前記細胞に発現させることをさらに含む、〔1〕~〔14〕のいずれか1項記載の方法。
〔16〕前記細胞がHEK293細胞である、〔1〕~〔15〕のいずれか1項記載の方法。
〔17〕目的のGPCRの応答の測定方法であって、
〔1〕~〔16〕のいずれか1項記載の方法により発現されたGPCRポリペプチドの応答を測定すること、
を含む方法。
〔18〕目的のGPCRのリガンドの探索方法であって、
試験物質存在下で、〔1〕~〔16〕のいずれか1項記載の方法により発現されたGPCRポリペプチドの応答を測定すること、及び
該GPCRポリペプチドが応答した試験物質を選択すること
、を含む方法。
〔19〕好ましくは、試験物質非存在下での前記GPCRポリペプチドの応答を測定することをさらに含む、〔18〕記載の方法。
〔20〕好ましくは、前記試験物質存在下での前記GPCRポリペプチドの応答を、前記試験物質非存在下での応答の120%以上に増加させる試験物質を選択する、〔19〕記載の方法。
〔21〕好ましくは、前記試験物質存在下での前記GPCRポリペプチドの応答を、前記試験物質非存在下での応答と比べて統計学的に有意に増加させる試験物質を選択する、〔19〕記載の方法。
〔22〕目的のGPCRのリガンドの認識の制御剤の評価及び/又は選択方法であって、
〔1〕~〔16〕のいずれか1項記載の方法により発現されたGPCRポリペプチドに試験物質及び目的のGPCRのリガンドを添加すること、及び
該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を測定すること、
を含む方法。
〔23〕前記リガンドが〔18〕~〔21〕のいずれか1項記載の方法により選択されたリガンドである、〔22〕記載の方法。
〔24〕測定された応答に基づいて前記GPCRポリペプチドの応答を制御する試験物質、好ましくは抑制又は増強する試験物質を同定することをさらに含む、〔22〕又は〔23〕のいずれか1項記載の方法。
〔25〕前記試験物質を添加しなかった前記GPCRポリペプチドの前記リガンドに対する応答を測定することをさらに含む、〔22〕~〔24〕のいずれか1項記載の方法。
〔26〕前記試験物質を添加した前記GPCRポリペプチドの前記リガンドに対する応答が、該試験物質を添加しなかった該GPCRポリペプチドの該リガンドに対する応答よりも抑制されていたときに、該試験物質を、該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を抑制する物質として同定するか、前記試験物質を添加した前記GPCRポリペプチドの前記リガンドに対する応答が、該試験物質を添加しなかった該GPCRポリペプチドの該リガンドに対する応答よりも増強されていたときに、該試験物質を、該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を増強する物質として同定することをさらに含む、〔25〕記載の方法。
〔27〕味の評価方法であって、
〔1〕~〔16〕のいずれか1項記載の方法により発現されたGPCRポリペプチドに試験物質を添加すること、及び
該試験物質に対する該GPCRポリペプチドの応答を測定すること、
を含み、該GPCRポリペプチドが味覚受容体ポリペプチドである、
方法。
〔28〕好ましくは、前記試験物質を添加しなかった前記GPCRポリペプチドの応答を測定することをさらに含む、〔27〕記載の方法。
〔29〕好ましくは、前記試験物質を添加した前記GPCRポリペプチドの応答を、該試験物質を添加しなかった該GPCRポリペプチドの応答の120%以上に増加させる試験物質を、味を呈する物質と評価する、〔28〕記載の方法。
〔30〕好ましくは、前記試験物質を添加した前記GPCRポリペプチドの応答を、該試験物質を添加しなかった該GPCRポリペプチドの応答と比べて統計学的に有意に増加させる試験物質を、味を呈する物質と評価する、〔28〕記載の方法。
〔31〕好ましくは、前記味がうま味、甘味、又は苦味である、〔27〕~〔30〕のいずれか1項記載の方法。
〔32〕目的のGPCRのリガンドのにおいの抑制剤の評価及び/又は選択方法であって、
〔1〕~〔16〕のいずれか1項記載の方法により発現されたGPCRポリペプチドに試験物質及び目的のGPCRのリガンドを添加すること、及び
該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を測定すること、
を含み、該GPCRポリペプチドが微量アミン関連受容体ポリペプチドである、
方法。
〔33〕前記リガンドが〔18〕~〔21〕のいずれか1項記載の方法により選択されたリガンドである、〔32〕記載の方法。
〔34〕測定された応答に基づいて前記GPCRポリペプチドの応答を抑制する試験物質を同定することをさらに含む、〔32〕又は〔33〕記載の方法。
〔35〕前記試験物質を添加しなかった前記GPCRポリペプチドの前記リガンドに対する応答を測定することをさらに含む、〔32〕~〔34〕のいずれか1項記載の方法。
〔36〕前記試験物質を添加した前記GPCRポリペプチドの前記リガンドに対する応答が、該試験物質を添加しなかった該GPCRポリペプチドの該リガンドに対する応答よりも抑制されていたときに、該試験物質を、該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を抑制する物質として同定することをさらに含む、〔35〕記載の方法。
〔37〕目的のGPCRのリガンドのにおいの抑制剤の評価及び/又は選択方法であって、
〔1〕~〔16〕のいずれか1項記載の方法により発現されたGPCRポリペプチドに試験物質を添加すること、及び
該試験物質に対する該GPCRポリペプチドの応答を測定すること、
を含み、該GPCRポリペプチドが微量アミン関連受容体ポリペプチドである、
方法。
〔38〕前記リガンドが〔18〕~〔21〕のいずれか1項記載の方法により選択されたリガンドである、〔37〕記載の方法。
〔39〕測定された応答に基づいて前記GPCRポリペプチドの応答を増強する試験物質を同定することをさらに含む、〔37〕又は〔38〕記載の方法。
〔40〕前記試験物質を添加しなかった前記GPCRポリペプチドの応答を測定することをさらに含む、〔37〕~〔39〕のいずれか1項記載の方法。
〔41〕前記試験物質を添加した前記GPCRポリペプチドの応答が、該試験物質を添加しなかった該GPCRポリペプチドの応答よりも増強されていたときに、該試験物質を、前記リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を抑制する物質として同定することをさらに含む、〔40〕記載の方法。
〔42〕好ましくは、前記GPCRポリペプチドの応答が、ELISAもしくはレポータージーンアッセイによる細胞内cAMP量測定、カルシウムイメージングもしくはTGFα shedding assayによるカルシウムイオン量測定、又はアフリカツメガエル卵母細胞を用いた二電極膜電位固定法による細胞膜内外の電位変化測定により測定される、〔17〕~〔41〕のいずれか1項記載の方法。
〔43〕改変GPCRポリペプチドであって、
目的のGPCR(但し、嗅覚受容体を除く)のアミノ酸配列においてコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなり、
該コンセンサスアミノ酸配列が、該目的のGPCRのアミノ酸配列及び脊椎動物における該目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRのアミノ酸配列のアラインメントから導き出されるアミノ酸配列である、
改変GPCRポリペプチド。
〔44〕前記オルソログが、哺乳類、鳥類、爬虫類、両生類及び魚類におけるオルソログから選択されるオルソログ、好ましくは哺乳類、鳥類、爬虫類及び両生類におけるオルソログから選択されるオルソログ、より好ましくは哺乳類におけるオルソログである、〔43〕記載の改変GPCRポリペプチド。
〔45〕前記コンセンサスアミノ酸配列が、前記アラインメントから以下の(i)~(iii)の基準に従い同定したコンセンサス残基からなるアミノ酸配列である、〔43〕又は〔44〕記載の改変GPCRポリペプチド:
(i)該アラインメントの各アミノ酸位置において、
(i-i)該目的のGPCRのアミノ酸残基と異なり且つ出現頻度50%以上のアミノ酸残基が1種存在する場合、該アミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する、
(i-ii)出現頻度50%のアミノ酸残基が2種存在する場合、該目的のGPCRのアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する、
(i-iii)該目的のGPCRにアミノ酸残基が存在し且つ出現頻度40%以上でアミノ酸残基が存在しない場合、コンセンサス残基なしと同定する、
(i-iv)該目的のGPCRにアミノ酸残基が存在せず且つ出現頻度60%以上でアミノ酸残基が存在する場合、最も出現頻度が高いアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定し、最も出現頻度が高いアミノ酸残基が2種以上存在する場合は、該アミノ酸残基のうち最も分子量が小さいアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する、
(i-v)上記(i-i)~(i-iv)のいずれにも該当しない場合、該目的のGPCRのアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する、
(ii)上記(i)の基準に従いコンセンサス残基を同定したときに、最もN末端側のコンセンサス残基が該目的のGPCRのN末端又はそれよりもC末端側に相当する位置のコンセンサス残基であり且つメチオニン残基でない場合、最もN末端に近い位置のメチオニン残基からなるコンセンサス残基よりN末端側のコンセンサス残基をコンセンサス残基なしに変更する、
(iii)上記(i)の基準に従いコンセンサス残基を同定したときに、最もN末端側のコンセンサス残基が該目的のGPCRのN末端よりもN末端側に相当する位置のコンセンサス残基であり且つメチオニン残基でない場合、該アラインメントの該コンセンサス残基の位置よりN末端側にアミノ酸位置を1つずつ遡り、メチオニン残基が出現するまで、最も出現頻度が高いアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定し、最も出現頻度が高いアミノ酸残基が2種以上存在する場合は、該アミノ酸残基のうち最も分子量が小さいアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する。
〔46〕前記アラインメントが、前記目的のGPCRのアミノ酸配列と、前記脊椎動物における該目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRであって、少なくとも2種、好ましくは少なくとも5種、より好ましくは少なくとも11種、さらに好ましくは少なくとも15種、さらに好ましくは少なくとも30種、さらに好ましくは少なくとも100種のGPCRのアミノ酸配列とのアラインメントである、〔43〕~〔45〕のいずれか1項記載の改変GPCRポリペプチド。
〔47〕前記目的のGPCRがヒトGPCRである、〔43〕~〔46〕のいずれか1項記載の改変GPCRポリペプチド。
〔48〕前記目的のGPCRが、鋤鼻受容体、味覚受容体、微量アミン関連受容体、Mas関連Gタンパク質共役型受容体、又はGPRである、〔43〕~〔47〕のいずれか1項記載の改変GPCRポリペプチド。
〔49〕好ましくは、上記表2-1及び2-2の(1)のGPCRの(2)の配列番号で示されるアミノ酸配列において(3)の配列番号で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなる、〔43〕~〔48〕のいずれか1項記載の改変GPCRポリペプチド。
〔50〕好ましくは、配列番号108~142、144~214及び275~312のいずれかで示されるアミノ酸配列からなる、〔49〕記載の改変GPCRポリペプチド。
〔51〕改変GPCRポリペプチドであって、
ヒトTAAR6の配列番号36で示されるアミノ酸配列において配列番号143で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなり、好ましくは配列番号143で示されるアミノ酸配列からなるものである、
改変GPCRポリペプチド。
〔52〕〔43〕~〔51〕のいずれか1項記載の改変GPCRポリペプチドをコードするポリヌクレオチド。
〔53〕配列番号215~234及び313~317のいずれかで示される塩基配列からなる、〔52〕記載のポリヌクレオチド。
〔54〕〔52〕又は〔53〕記載のポリヌクレオチドを含むベクター又はDNA断片。
〔55〕〔54〕記載のベクター又はDNA断片を含有する形質転換細胞。
〔56〕好ましくは、RTP1Sをコードするポリヌクレオチドを含むベクター又はDNA断片をさらに含む、〔55〕記載の形質転換細胞。
〔57〕前記細胞がHEK293細胞である、〔55〕又は〔56〕記載の形質転換細胞。
以下、実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。
実施例1 コンセンサス受容体の作製及び解析
1)受容体遺伝子の作製
コンセンサス受容体をデザインするにあたり、目的の受容体遺伝子の相同遺伝子候補の検索はNCBI BLASTを用いて行った。得られた遺伝子群についてオルソログ群を特定した。
具体的には、ヒト受容体(GPCR)を目的の受容体とするとき、オルソログの特定では、BLASTにより検索された相同性上位の遺伝子から、目的の受容体と同じ名称をもつ遺伝子をオルソログとして選択した。
例えばヒト微量アミン関連受容体であるTAAR1の場合、ヒトTAAR1(NP_612200.1)のアミノ酸配列をquery配列とし、BLASTにより検索された相同性上位の250遺伝子の中から、名称にTAAR1を含む249遺伝子をオルソログとして特定した。これら249遺伝子にヒトTAAR1を加えた計250遺伝子(表3-1~4)のアミノ酸配列について以下に述べるようにアラインメント解析及びコンセンサスアミノ酸の特定を行った。ヒトTAAR2、TAAR5、TAAR6、TAAR8及びTAAR9についても、同様にしてオルソログ群を特定した。ヒトTAAR6、TAAR8又はTAAR9を目的の受容体とするとき、特定したオルソログは霊長目のオルソログ及び霊長目以外の目の哺乳類のオルソログであり、TAAR2又はTAAR5を目的の受容体とするとき、特定したオルソログは霊長目のオルソログ、霊長目以外の目の哺乳類のオルソログ及び鳥類のオルソログであり、TAAR1を目的の受容体とするとき、特定したオルソログは霊長目のオルソログ、霊長目以外の目の哺乳類のオルソログ、鳥類のオルソログ、爬虫類のオルソログ及び両生類のオルソログであった。
例えばヒト鋤鼻受容体であるVN1R1の場合、ヒトVN1R1(NP_065684.1)のアミノ酸配列をquery配列として、BLAST検索を行うと、相同性上位の250遺伝子の中に名称にvomeronasal type-1 receptor 1を含む遺伝子は22個特定された。VN1Rは、相同遺伝子間の多様性が大きい受容体遺伝子ファミリーであり、それら相同遺伝子のうちヒトVN1R1と65%以上のアミノ酸同一性をもつ7遺伝子をオルソログとして特定した。これら7遺伝子にヒトVN1R1を加えた計8遺伝子のアミノ酸配列について以下に述べるようにアラインメント解析及びコンセンサスアミノ酸の特定を行った。ヒトVN1R2、VN1R4及びVN1R5についても、同様にしてオルソログ群を特定した。VN1R1、VN1R2、VN1R4又はVN1R5を目的の受容体とするとき、特定したオルソログは哺乳類(霊長目)のオルソログであった。
例えばヒト味覚受容体(うま味受容体)であるTAS1R1の場合、ヒトTAS1R1(NP_619642.2)のアミノ酸配列をquery配列とし、BLASTにより検索された相同性上位の250遺伝子の中から、名称にTAS1R1を含む249遺伝子をオルソログとして特定した。これら249遺伝子にヒトTAS1R1を加えた計250遺伝子のアミノ酸配列について以下に述べるようにアラインメント解析及びコンセンサスアミノ酸の特定を行った。ヒトTAS1R2及びTAS1R3についても、同様にしてオルソログ群を特定した。TAS1R1、TAS1R2又はTAS1R3を目的の受容体とするとき、特定したオルソログは霊長目のオルソログ、霊長目以外の目の哺乳類のオルソログ、鳥類のオルソログ、爬虫類のオルソログ、両生類のオルソログ及び魚類のオルソログであった。
例えばヒト味覚受容体(苦味受容体)であるTAS2R8の場合、ヒトTAS2R8(NP_076407.1)のアミノ酸配列をquery配列とし、BLASTにより検索された相同性上位の250遺伝子の中から、名称にTAS2R8を含む90遺伝子をオルソログとして特定した。これら90遺伝子にヒトTAS2R8を加えた計91遺伝子のアミノ酸配列について以下に述べるようにアラインメント解析及びコンセンサスアミノ酸の特定を行った。ヒトTAS2R16、TAS2R38、TAS2R42、TAS2R45、TAS2R46、TAS2R31、TAS2R1、TAS2R3、TAS2R4、TAS2R5、TAS2R7、TAS2R9、TAS2R10、TAS2R13、TAS2R14、TAS2R20、TAS2R30、TAS2R39、TAS2R40、TAS2R43、TAS2R50及びTAS2R60についても、同様にしてオルソログ群を特定した。ヒトTAS2R45を目的の受容体とするとき、特定したオルソログは霊長目のオルソログであり、ヒトTAS2R8、TAS2R16、TAS2R38、TAS2R42又はTAS2R46を目的の受容体とするとき、特定したオルソログは霊長目のオルソログ及び霊長目以外の目の哺乳類のオルソログであった。
例えばヒトMas関連Gタンパク質共役型受容体であるMrgprEの場合、ヒトMrgprE(NP_001034254.2)のアミノ酸配列をquery配列とし、BLASTにより検索された相同性上位の250遺伝子の中から、名称にMrgprEを含む72遺伝子をオルソログとして特定した。これら72遺伝子にヒトMrgprEを加えた計73遺伝子のアミノ酸配列について以下に述べるようにアラインメント解析及びコンセンサスアミノ酸の特定を行った。ヒトMrgprF、MAS1、MAS1L、MRGPRD、MRGPRG、MRGPRX1、MRGPRX2、MRGPRX3及びMRGPRX4についても、同様にしてオルソログ群を特定した。ヒトMrgprE又はMrgprFを目的の受容体とするとき、特定したオルソログは霊長目のオルソログ及び霊長目以外の目の哺乳類のオルソログであった。
例えば、ヒトGPRであるGPR3の場合、ヒトGPR3(NP_005272.1)のアミノ酸配列をquery配列とし、BLASTにより検索された相同性上位の250遺伝子の中から、名称にGPR3を含む234遺伝子をオルソログとして特定した。これら234遺伝子にヒトGPR3を加えた計235遺伝子のアミノ酸配列について以下に述べるようにアラインメント解析及びコンセンサスアミノ酸の特定を行った。表4に記載のGPR3、GPR17、GPR31、GPR50、GPR65、GPR68及びGPR42以外のヒトGPRについても、同様にしてオルソログ群を特定した。尚、ヒトGPR17の場合は名称にオルソログとして知られる「uracil nucleotide/cysteinyl leukotriene receptor」を含む遺伝子をオルソログとして特定した。同様に、ヒトGPR31の場合は名称に「12-(S)-hydroxy-5,8,10,14-eicosatetraenoic acid receptor」を含む遺伝子を、ヒトGPR50の場合は名称に「melatonin-related receptor」を含む遺伝子を、ヒトGPR65の場合は名称に「psychosine receptor」を含む遺伝子を、ヒトGPR68の場合は名称に「ovarian cancer G-protein coupled receptor 1」を含む遺伝子を、それぞれオルソログとして特定した。また、ヒトGPR42の場合は名称に「GPR42」を含む遺伝子及び名称に「free fatty acid receptor 3」を含む遺伝子(GPR42遺伝子と相同性が高いGPCR遺伝子)をオルソログとして特定した。
上記以外のヒトGPCRのうち、ADGRB1の場合、ヒトADGRB1(NP_001693.2)のアミノ酸配列をquery配列とし、BLASTにより検索された相同性上位の250遺伝子の中から、名称にADGRB1を含む234遺伝子をオルソログとして特定した。これら234遺伝子にヒトADGRB1を加えた計235遺伝子のアミノ酸配列について以下に述べるようにアラインメント解析及びコンセンサスアミノ酸の特定を行った。ヒトADGRB2、ADGRB3及びADGRD1についても、同様にしてオルソログ群を特定した。また、ヒトADGRA1の場合は名称に「ADGRA1」を含む遺伝子及び名称に「GPR123」を含む遺伝子(ADGRA1遺伝子と相同性が高いGPCR遺伝子)をオルソログとして特定した。同様に、ヒトADGRA2の場合は名称に「ADGRA2」を含む遺伝子及び名称に「GPR124」を含む遺伝子を、ヒトADGRA3の場合は名称に「ADGRA3」を含む遺伝子及び名称に「GPR125」を含む遺伝子を、それぞれオルソログとして特定した。また、ヒトADGRC1の場合は名称に「EGF LAG seven-pass G-type receptor 1」を含む遺伝子(ADGRC1遺伝子と相同性が高いGPCR遺伝子)をオルソログとして特定した。同様に、ヒトADGRC2の場合は名称に「cadherin EGF LAG seven-pass G-type receptor 2」を含む遺伝子を、ヒトADGRC3の場合は名称に「cadherin EGF LAG seven-pass G-type receptor 3」を含む遺伝子を、ヒトADGRD2の場合は名称に「adhesion G protein-coupled receptor D2」又は「G-protein coupled receptor 144」を含む遺伝子を、ヒトADGRE1の場合は名称に「adhesion G protein-coupled receptor E1」又は「adhesion G protein-coupled receptor E1 isoform 2 precursor」を含む遺伝子を、ヒトADGRE2の場合は名称に「adhesion G protein-coupled receptor E2」を含む遺伝子を、ヒトADGRE3の場合は名称に「adhesion G protein-coupled receptor E3」を含む遺伝子を、ヒトADGRE5の場合は名称に「adhesion G protein-coupled receptor E5」又は「CD97 antigen」を含む遺伝子を、ヒトADGRF1の場合は名称に「adhesion G-protein coupled receptor F1」又は「adhesion G-protein coupled receptor F1 isoform 1 precursor」を含む遺伝子を、ヒトADGRF3の場合は名称に「adhesion G-protein coupled receptor F3」又は「G-protein coupled receptor 113」を含む遺伝子を、ヒトADGRF4の場合は名称に「adhesion G-protein coupled receptor F4」又は「G-protein coupled receptor 115」を含む遺伝子を、ヒトADGRF5の場合は名称に「adhesion G-protein coupled receptor F5」又は「G-protein coupled receptor 116」を含む遺伝子を、ヒトADGRG1の場合は名称に「adhesion G-protein coupled receptor G1」又は「adhesion G-protein coupled receptor G1 isoform b precursor」を含む遺伝子を、ヒトADGRG2の場合は名称に「adhesion G-protein coupled receptor G2」又は「G-protein coupled receptor 64」を含む遺伝子を、ヒトADGRG4の場合は名称に「adhesion G-protein coupled receptor G4」又は「G-protein coupled receptor 112」を含む遺伝子を、ヒトADGRG5の場合は名称に「adhesion G-protein coupled receptor G5」又は「G-protein coupled receptor 114」を含む遺伝子を、ヒトADGRG6の場合は名称に「adhesion G-protein coupled receptor G6」又は「G-protein coupled receptor 126」を含む遺伝子を、ヒトADGRG7の場合は名称に「adhesion G-protein coupled receptor G7」又は「adhesion G-protein coupled receptor G7 isoform 2 precursor」を含む遺伝子を、ヒトADGRL1の場合は名称に「adhesion G protein-coupled receptor L1」又は「adhesion G protein-coupled receptor L1 isoform 1 precursor」を含む遺伝子を、ヒトADGRL2の場合は名称に「adhesion G-protein coupled receptor L2」又は「latrophilin and seven transmembrane domain-containing protein」を含む遺伝子を、ヒトADGRL3の場合は名称に「adhesion G-protein coupled receptor L3」又は「latrophilin-3」を含む遺伝子を、ヒトADGRL4の場合は名称に「adhesion G-protein coupled receptor L4」又は「latrophilin-2 isoform」を含む遺伝子を、ヒトChrm-4/M4Rの場合は名称に「M4R」を含む遺伝子を、ヒトF2RL1の場合は名称に「proteinase-activated receptor 2」を含む遺伝子を、ヒトGRM5の場合は名称に「metabotropic glutamate receptor 5」を含む遺伝子を、ヒトAPLNRの場合は名称に「apelin receptor」を含む遺伝子を、ヒトCALCRLの場合は名称に「calcitonin gene-related peptide type 1」を含む遺伝子を、ヒトGLP2Rの場合は名称に「glucagon-like peptide 2 receptor」を含む遺伝子を、ヒトMC4Rの場合は名称に「MC4R」、「Melanocortin receptor 4」、「Melanocortin-4 receptor」又は「Melanocortin 4 receptor」を含む遺伝子を、ヒトCCR6の場合は名称に「C-C chemokine receptor type 6」を含む遺伝子を、それぞれオルソログとして特定した。
表4に、各ヒトGPCRについて、該ヒトGPCRの遺伝子と特定したオルソログの合計数を参照遺伝子数として示す。
表4のNo.1~145のGPCRに関して、特定した遺伝子群についてのアラインメント解析はClustalWを用いて行った。アラインメント結果に基づき、Jalviewを用いてコンセンサス受容体の設計を行った。該アラインメントにおいて、基準となる目的の受容体のオリジナルの受容体アミノ酸配列の各アミノ酸位置に相当する位置に該基準アミノ酸配列のアミノ酸残基と異なり且つ出現頻度が50%以上のアミノ酸残基が1種存在する場合に該基準アミノ酸配列のアミノ酸残基を該アミノ酸残基に改変した。尚、基準となる目的の受容体のオリジナルの受容体アミノ酸配列の各アミノ酸位置に相当する位置に該基準アミノ酸配列のアミノ酸残基と異なり且つ出現頻度が50%のアミノ酸残基が1種存在する場合であっても、該基準アミノ酸配列のアミノ酸残基の出現頻度も50%の場合には該基準アミノ酸配列のアミノ酸残基を改変しなかった。該アラインメントにおいて、基準となる目的の受容体のオリジナルの受容体アミノ酸配列の各アミノ酸位置に相当する位置に出現頻度が40%以上で欠失が存在する場合に該基準アミノ酸配列のアミノ酸残基を欠失に改変した。例えばTAAR1のようにC末端のアミノ酸位置に相当する位置に出現頻度が40%以上で欠失が存在することから、該基準アミノ酸配列のアミノ酸残基を欠失に改変した。さらに例えばTAAR1、TAAR2、MAS1L、GPR135、ADGRG4のようにヒトの配列における開始メチオニン位置に相当する位置に出現頻度40%以上で欠失が認められることから、該基準アミノ酸配列のアミノ酸残基を欠失に改変し、さらに上記手順による改変後アミノ酸配列において最初のメチオニンを開始メチオニンとして選択し、それ以前のアミノ酸配列を削除した。ただし、この方法においてTAAR6は最もN末端に近い位置のメチオニン残基からなるコンセンサス残基よりN末端側のコンセンサス残基をコンセンサス残基なしに変更した場合、その結果として生じるコンセンサス受容体のアミノ酸配列の全長がオリジナルの受容体のアミノ酸配列の全長より10%以上短くなったためこの方法に従わず、代わりにオリジナルの受容体のN末端構造をそのまま維持した。具体的には、最もN末端側のコンセンサス残基アスパラギンが糖鎖修飾及び膜移行に重要なアミノ酸残基であったため、該コンセンサス残基は変更せず、該コンセンサス残基に相当する位置よりもN末端側のオリジナルの受容体のN末端構造をそのまま維持した。一方で、該アラインメントにおいて、基準となる目的の受容体のオリジナルの受容体アミノ酸配列の欠失位置に相当する位置に出現頻度が60%以上でアミノ酸が存在する場合に該基準アミノ酸配列の欠失位置に最も保存性の高いアミノ酸を挿入するよう改変した。最も保存性の高いアミノ酸が2種以上ある場合は、最も分子量が小さいアミノ酸を挿入するように改変した。例えばTAS2R1のようにN末端のアミノ酸位置に相当する位置よりもN末端側に出現頻度が60%以上でアミノ酸が存在することから、該基準アミノ酸配列のN末端よりN末端側にアミノ酸残基を付加した。
設計における受容体のトポロジーの確認は、TMHMM(Transmembrane Hidden Markov Model)を使用した。デザインした各種受容体は7回膜貫通型の構造を有する必要がある。
表4のNo.1~5、7~13、31~38、60、76、80、85及び102のGPCRに関して、デザインした各種受容体ポリペプチドをコードするDNA配列は、そのアミノ酸配列に対応する塩基配列コドンをヒト培養細胞での発現用に最適化した上でDNA合成により獲得した。この塩基配列の両末端にはEcoRI、XhoIサイトを付加しており、pME18Sベクター上のFlag-Rhoタグ配列の下流に作製したEcoRI、XhoIサイトへと組換えた。培養細胞内で作られたGPCRタンパク質を細胞膜上へ移行するヒトRTP1Sをコードする遺伝子を、別のpME18SベクターのEcoRI、XhoIサイトへ組込み、pME18S-RTP1Sベクターを作製した。
2)受容体遺伝子で形質転換した培養細胞の作製1
Flowcytometry法のために、6 well dishのそれぞれのwellに、DMEM(Nacalai)で懸濁させたHEK293細胞を3.3×10cellsで播種して24時間後に、表5に示す組成の反応液を調製し、クリーンベンチ内で20分静置した後、6 well dishの各ウェルに添加した。ここで、受容体遺伝子とは、表4のNo.1~4、8~13、31~38、60、76、80、85及び102のGPCRの遺伝子である。37℃、5%COを保持したインキュベータ内で24時間培養した。対照として、受容体を発現させない細胞(mock)を用意した。
3)受容体遺伝子で形質転換した培養細胞の作製2
Flowcytometry法のために、6 well dishのそれぞれのwellに、DMEM(Nacalai)で懸濁させたHEK293細胞を3.3×10cellsで播種して24時間後に、表6に示す組成の反応液を調製し、クリーンベンチ内で20分静置した後、6 well dishの各ウェルに添加した。37℃、5%COを保持したインキュベータ内で24時間培養した。対照として、受容体を発現させない細胞(mock)を用意した。
4)細胞膜上の受容体タンパク量の測定(Flowcytometry法)
Cellstripperを用いて回収した細胞に一次抗体として抗FLAG抗体(コスモバイオ社)を1時間氷上で作用させた。細胞を洗浄後、二次抗体としてPE(phycoerythrin)-conjugated anti-mouse IgG(アブカム株式会社)を30分間氷上で作用させた。洗浄後0.25μgの7-AAD(7-Aminoactinomycin D、富士フイルム和光純薬株式会社)を添加してフローサイトメトリーシステム(BD)により7-AADが陰性である細胞集団のPEシグナルの平均値を、細胞膜上の受容体量の指標として測定した。各実験回で、FLAG-M2アセチルコリン受容体を発現させた細胞を陽性コントロール(PC)として、受容体を発現させない細胞を陰性コントロール(NC)として上記と同様にPEシグナルの平均値を求めた。NCのPEシグナルを0%、PCのPEシグナルを100%として基準化を行い、各種受容体のPEシグナル(%)を膜発現量(Cell surface expression)として算出した。
5)結果
Flowcytometry法(上記2)及び4))を用いて各受容体のHEK293細胞上での発現量を解析した。表7に示すように、3回の実験の平均値を比較した結果、膜発現量解析を行った受容体全て、具体的にはVN1R1、VN1R2、VN1R4、VN1R5、TAS2R8、TAS2R16、TAS2R38、TAS2R42、TAS2R45、TAS2R46、TAAR1、TAAR2、TAAR5、TAAR6、TAAR8、TAAR9、MrgprE、MrgprF、GPR31、GPR65、GPR82、GPR88及びGPR171について、コンセンサス化方法による膜発現量の増加が認められた。
Flowcytometry法(上記3)及び4))を用いて、TAS1R1のオリジナル受容体とTAS1R3のオリジナル受容体、TAS1R1のコンセンサス受容体とTAS1R3のコンセンサス受容体、TAS1R1のオリジナル受容体とTAS1R3のコンセンサス受容体、あるいはTAS1R1のコンセンサス受容体とTAS1R3のオリジナル受容体の組み合わせのHEK293細胞上での発現量を解析した。図1に示すように、TAS1R1とTAS1R3の二つのオリジナル受容体をHEK293細胞に共発現させた時と比べて、いずれかをコンセンサス化した受容体を発現させると、TAS1R1の膜発現量が増加することが明らかになった。特にTAS1R1とTAS1R3の双方をコンセンサス化した時が最も多量に発現した。
上記実施例のオリジナルGPCRのAccession No.とアミノ酸配列及びコンセンサスGPCRのアミノ酸配列を下記表8-1及び8-2に示す。また、配列番号108~112、114~120、138~145、167、183、187、192及び209で示されるアミノ酸配列からなるコンセンサスGPCRをコードするDNA配列を配列番号215~234及び313~317に示す。

Claims (24)

  1. Gタンパク質共役型受容体(GPCR)ポリペプチドの発現方法であって、
    目的のGPCR(但し、嗅覚受容体を除く)のアミノ酸配列においてコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドを細胞に発現させることを含み、
    該コンセンサスアミノ酸配列が、該目的のGPCRのアミノ酸配列及び脊椎動物における該目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRのアミノ酸配列のアラインメントから導き出されるアミノ酸配列である、
    方法。
  2. 前記コンセンサスアミノ酸配列が、前記アラインメントから以下の(i)~(iii)の基準に従い同定したコンセンサス残基からなるアミノ酸配列である、請求項1記載の方法:
    (i)該アラインメントの各アミノ酸位置において、
    (i-i)該目的のGPCRのアミノ酸残基と異なり且つ出現頻度50%以上のアミノ酸残基が1種存在する場合、該アミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する、
    (i-ii)出現頻度50%のアミノ酸残基が2種存在する場合、該目的のGPCRのアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する、
    (i-iii)該目的のGPCRにアミノ酸残基が存在し且つ出現頻度40%以上でアミノ酸残基が存在しない場合、コンセンサス残基なしと同定する、
    (i-iv)該目的のGPCRにアミノ酸残基が存在せず且つ出現頻度60%以上でアミノ酸残基が存在する場合、最も出現頻度が高いアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定し、最も出現頻度が高いアミノ酸残基が2種以上存在する場合は、該アミノ酸残基のうち最も分子量が小さいアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する、
    (i-v)上記(i-i)~(i-iv)のいずれにも該当しない場合、該目的のGPCRのアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する、
    (ii)上記(i)の基準に従いコンセンサス残基を同定したときに、最もN末端側のコンセンサス残基が該目的のGPCRのN末端又はそれよりもC末端側に相当する位置のコンセンサス残基であり且つメチオニン残基でない場合、最もN末端に近い位置のメチオニン残基からなるコンセンサス残基よりN末端側のコンセンサス残基をコンセンサス残基なしに変更する、
    (iii)上記(i)の基準に従いコンセンサス残基を同定したときに、最もN末端側のコンセンサス残基が該目的のGPCRのN末端よりもN末端側に相当する位置のコンセンサス残基であり且つメチオニン残基でない場合、該アラインメントの該コンセンサス残基の位置よりN末端側にアミノ酸位置を1つずつ遡り、メチオニン残基が出現するまで、最も出現頻度が高いアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定し、最も出現頻度が高いアミノ酸残基が2種以上存在する場合は、該アミノ酸残基のうち最も分子量が小さいアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する。
  3. 前記目的のGPCRがヒトGPCRである、請求項1又は2記載の方法。
  4. 前記GPCRポリペプチドが、下記表1及び2の(1)のGPCRの(2)の配列番号で示されるアミノ酸配列において(3)の配列番号で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなる、請求項1~3のいずれか1項記載の方法。
  5. 前記GPCRポリペプチドが、配列番号108~142、144~214及び275~312のいずれかで示されるアミノ酸配列からなる、請求項4記載の方法。
  6. GPCRポリペプチドの発現方法であって、
    目的のGPCRのアミノ酸配列においてコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなるGPCRポリペプチドを細胞に発現させることを含み、
    該GPCRポリペプチドが、ヒトTAAR6の配列番号36で示されるアミノ酸配列において配列番号143で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなる、
    方法。
  7. 前記GPCRポリペプチドが、配列番号143で示されるアミノ酸配列からなる、請求項6記載の方法。
  8. 目的のGPCRの応答の測定方法であって、
    請求項1~7のいずれか1項記載の方法により発現されたGPCRポリペプチドの応答を測定すること、
    を含む方法。
  9. 目的のGPCRのリガンドの探索方法であって、
    試験物質存在下で、請求項1~7のいずれか1項記載の方法により発現されたGPCRポリペプチドの応答を測定すること、及び
    該GPCRポリペプチドが応答した試験物質を選択すること、
    を含む方法。
  10. 目的のGPCRのリガンドの認識の制御剤の評価及び/又は選択方法であって、
    請求項1~7のいずれか1項記載の方法により発現されたGPCRポリペプチドに試験物質及び目的のGPCRのリガンドを添加すること、及び
    該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を測定すること、
    を含む方法。
  11. 味の評価方法であって、
    請求項1~7のいずれか1項記載の方法により発現されたGPCRポリペプチドに試験物質を添加すること、及び
    該試験物質に対する該GPCRポリペプチドの応答を測定すること、
    を含み、該GPCRポリペプチドが味覚受容体ポリペプチドである、
    方法。
  12. 目的のGPCRのリガンドのにおいの抑制剤の評価及び/又は選択方法であって、
    請求項1~7のいずれか1項記載の方法により発現されたGPCRポリペプチドに試験物質及び目的のGPCRのリガンドを添加すること、及び
    該リガンドに対する該GPCRポリペプチドの応答を測定すること、
    を含み、該GPCRポリペプチドが微量アミン関連受容体ポリペプチドである、
    方法。
  13. 目的のGPCRのリガンドのにおいの抑制剤の評価及び/又は選択方法であって、
    請求項1~7のいずれか1項記載の方法により発現されたGPCRポリペプチドに試験物質を添加すること、及び
    該試験物質に対する該GPCRポリペプチドの応答を測定すること、
    を含み、該GPCRポリペプチドが微量アミン関連受容体ポリペプチドである、
    方法。
  14. 前記GPCRポリペプチドの応答が、ELISAもしくはレポータージーンアッセイによる細胞内cAMP量測定、カルシウムイメージングもしくはTGFα shedding assayによるカルシウムイオン量測定、又はアフリカツメガエル卵母細胞を用いた二電極膜電位固定法による細胞膜内外の電位変化測定により測定される、請求項8~13のいずれか1項記載の方法。
  15. 改変GPCRポリペプチドであって、
    目的のGPCR(但し、嗅覚受容体を除く)のアミノ酸配列においてコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなり、
    該コンセンサスアミノ酸配列が、該目的のGPCRのアミノ酸配列及び脊椎動物における該目的のGPCRのオルソログにコードされるGPCRのアミノ酸配列のアラインメントから導き出されるアミノ酸配列である、
    改変GPCRポリペプチド。
  16. 前記コンセンサスアミノ酸配列が、前記アラインメントから以下の(i)~(iii)の基準に従い同定したコンセンサス残基からなるアミノ酸配列である、請求項15記載の改変GPCRポリペプチド:
    (i)該アラインメントの各アミノ酸位置において、
    (i-i)該目的のGPCRのアミノ酸残基と異なり且つ出現頻度50%以上のアミノ酸残基が1種存在する場合、該アミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する、
    (i-ii)出現頻度50%のアミノ酸残基が2種存在する場合、該目的のGPCRのアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する、
    (i-iii)該目的のGPCRにアミノ酸残基が存在し且つ出現頻度40%以上でアミノ酸残基が存在しない場合、コンセンサス残基なしと同定する、
    (i-iv)該目的のGPCRにアミノ酸残基が存在せず且つ出現頻度60%以上でアミノ酸残基が存在する場合、最も出現頻度が高いアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定し、最も出現頻度が高いアミノ酸残基が2種以上存在する場合は、該アミノ酸残基のうち最も分子量が小さいアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する、
    (i-v)上記(i-i)~(i-iv)のいずれにも該当しない場合、該目的のGPCRのアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する、
    (ii)上記(i)の基準に従いコンセンサス残基を同定したときに、最もN末端側のコンセンサス残基が該目的のGPCRのN末端又はそれよりもC末端側に相当する位置のコンセンサス残基であり且つメチオニン残基でない場合、最もN末端に近い位置のメチオニン残基からなるコンセンサス残基よりN末端側のコンセンサス残基をコンセンサス残基なしに変更する、
    (iii)上記(i)の基準に従いコンセンサス残基を同定したときに、最もN末端側のコンセンサス残基が該目的のGPCRのN末端よりもN末端側に相当する位置のコンセンサス残基であり且つメチオニン残基でない場合、該アラインメントの該コンセンサス残基の位置よりN末端側にアミノ酸位置を1つずつ遡り、メチオニン残基が出現するまで、最も出現頻度が高いアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定し、最も出現頻度が高いアミノ酸残基が2種以上存在する場合は、該アミノ酸残基のうち最も分子量が小さいアミノ酸残基をコンセンサス残基と同定する。
  17. 前記目的のGPCRがヒトGPCRである、請求項15又は16記載の改変GPCRポリペプチド。
  18. 前記GPCRポリペプチドが、上記表1及び2の(1)のGPCRの(2)の配列番号で示されるアミノ酸配列において(3)の配列番号で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなる、請求項15~17のいずれか1項記載の改変GPCRポリペプチド。
  19. 配列番号108~142、144~214及び275~312のいずれかで示されるアミノ酸配列からなる、請求項18記載の改変GPCRポリペプチド。
  20. 改変GPCRポリペプチドであって、
    ヒトTAAR6の配列番号36で示されるアミノ酸配列において配列番号143で示されるコンセンサスアミノ酸配列と異なるアミノ酸残基の少なくとも1個をこれに相当する位置の該コンセンサスアミノ酸配列のアミノ酸残基に改変したアミノ酸配列からなる、
    改変GPCRポリペプチド。
  21. 配列番号143で示されるアミノ酸配列からなる、請求項20記載の改変GPCRポリペプチド。
  22. 請求項15~21のいずれか1項記載の改変GPCRポリペプチドをコードするポリヌクレオチド。
  23. 請求項22記載のポリヌクレオチドを含むベクター又はDNA断片。
  24. 請求項23記載のベクター又はDNA断片を含有する形質転換細胞。
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