Cエレガンスにおける哺乳類GPCRの発現は、ヒトリガンドに対する新しい行動反応を生成します

背景：Gタンパク質共役受容体（GPCR）は、多くの生物学的プロセスで重要な役割を果たし、薬物標的の主要なクラスを表します。ただし、生化学研究のためのGPCRの精製は困難であり、受容体リガンド相互作用を研究する現在の方法にはin vitroシステムが含まれます。Caenorhabditis elegansは、化学感覚ニューロンで発現したGPCRを使用して細菌と環境化合物を検出する土壌に生息する細菌を飼育する線虫であり、これをin vivo GPCRリガンド相互作用を研究するための理想的なシステムになります。C. elegansの味覚ニューロンで、2つの医学的に重要な哺乳類GPCR、ソマトスタチン受容体2（SSTR2）とケモカイン受容体5（CCR5）を機能的に発現することで、これをテストしようとしました。 結果：味覚ニューロンでのSSTR2およびCCR5の発現により、C。elegansは、堅牢な回避アッセイでそれぞれソマトスタチンとMIP-1アルファを特異的に検出および応答することができます。哺乳類の異種GPCRは、どの細胞で発現するかに応じて、C。elegansの異なる内因性ガルファサブユニットを介してシグナルが可能であることを実証します。さらに、GPCRトランスジェニック動物のリガンドへの事前曝露は、受容体の脅迫症とその後のligandに曝露したligandの統合エビデンスを促進するために、その後のリガン系の存在感を生み出す行動の適応をもたらします。機械。ソマトスタチン-14類似体のパネルを使用した構造機能研究では、ソマトスタチン-14とSSTR2との相互作用に関与する重要な残基を特定しました。 結論：我々の結果は、8億年の進化に至るまで、哺乳類のGPCRとC. elegansシグナル伝達機械との相互作用における顕著な進化的可塑性を示しています。したがって、C。elegansの新しい回避行動を伝えるこの生体内系は、したがって、細胞外アゴニスト、拮抗薬、細胞内結合パートナーとのGPCRの相互作用を研究およびスクリーニングする簡単な手段を提供します。

BACKGROUND: G-protein-coupled receptors (GPCRs) play a crucial role in many biological processes and represent a major class of drug targets. However, purification of GPCRs for biochemical study is difficult and current methods of studying receptor-ligand interactions involve in vitro systems. Caenorhabditis elegans is a soil-dwelling, bacteria-feeding nematode that uses GPCRs expressed in chemosensory neurons to detect bacteria and environmental compounds, making this an ideal system for studying in vivo GPCR-ligand interactions. We sought to test this by functionally expressing two medically important mammalian GPCRs, somatostatin receptor 2 (Sstr2) and chemokine receptor 5 (CCR5) in the gustatory neurons of C. elegans. RESULTS: Expression of Sstr2 and CCR5 in gustatory neurons allow C. elegans to specifically detect and respond to somatostatin and MIP-1alpha respectively in a robust avoidance assay. We demonstrate that mammalian heterologous GPCRs can signal via different endogenous Galpha subunits in C. elegans, depending on which cells it is expressed in. Furthermore, pre-exposure of GPCR transgenic animals to its ligand leads to receptor desensitisation and behavioural adaptation to subsequent ligand exposure, providing further evidence of integration of the mammalian GPCRs into the C. elegans sensory signalling machinery. In structure-function studies using a panel of somatostatin-14 analogues, we identified key residues involved in the interaction of somatostatin-14 with Sstr2. CONCLUSION: Our results illustrate a remarkable evolutionary plasticity in interactions between mammalian GPCRs and C. elegans signalling machinery, spanning 800 million years of evolution. This in vivo system, which imparts novel avoidance behaviour on C. elegans, thus provides a simple means of studying and screening interaction of GPCRs with extracellular agonists, antagonists and intracellular binding partners.