ヒトグルカゴン様ペプチド-1受容体（GLP-1R）機能における多型とリガンド依存の変化：機能喪失変異のアロステリック救助

グルカゴン様ペプチド-1受容体（GLP-1R）は、インスリン分泌の重要な生理学的調節因子であり、II型糖尿病の治療の主要な治療標的です。ただし、GLP-1R関数の調節は、完全長（1-37）および中程度の形で存在できるGLP-1の切り捨てられた（7-37）形態を含む受容体と相互作用する複数の内因性ペプチドと複雑です（GLP）-1（1-36）nh₂およびglp-1（7-36）nh₂）および関連するペプチドオキシ酸モドゥリン。さらに、GLP-1Rは、エクセンディン-4、アロステリックモジュレーター、化合物2（6,7-ジクロロ-2-メチルスルホニル-3-テルト - ブチルアミノキノキノキノキシン）を含む外因性アゴニストを持っています。このリガンド受容体系の複雑さは、受容体全体に分布するいくつかの単一ヌクレオチド多型（SNP）の存在によってさらに増加します。3つの生理学的に関連するシグナル伝達経路（cAMP蓄積、細胞外シグナル調節キナーゼ1/2リン酸化、および細胞内CA²⁺動化）で特徴付けられた10個のGLP-1R SNPを調査しました。リガンド結合および細胞表面受容体の発現も決定されました。複数のSNPのリガンドおよび経路特異的効果の両方を示します。これは、Met¹⁴⁹受容体バリアントで最も劇的な効果が観察されます。MET¹⁴⁹バリアントでは、検査されたすべての経路でペプチド誘発反応の選択的喪失がありましたが、小分子化合物2に対する反応の保存がありました。対照的に、Cys³³バリアントでは、ペプチド応答が保存されましたが、化合物2に対する減衰応答がありました。驚くべきことに、Met¹⁴⁹受容体変異体でのペプチド機能の喪失は、化合物2によってアロステリックに救助される可能性があり、アロステリック薬を使用してこの機能変異体の喪失を伴う患者を治療できるという証明の証拠を提供します。

The glucagon-like peptide-1 receptor (GLP-1R) is a key physiological regulator of insulin secretion and a major therapeutic target for the treatment of type II diabetes. However, regulation of GLP-1R function is complex with multiple endogenous peptides that interact with the receptor, including full-length (1-37) and truncated (7-37) forms of GLP-1 that can exist in an amidated form (GLP-1(1-36)NH₂ and GLP-1(7-36)NH₂) and the related peptide oxyntomodulin. In addition, the GLP-1R possesses exogenous agonists, including exendin-4, and the allosteric modulator, compound 2 (6,7-dichloro-2-methylsulfonyl-3-tert-butylaminoquinoxaline). The complexity of this ligand-receptor system is further increased by the presence of several single nucleotide polymorphisms (SNPs) that are distributed across the receptor. We have investigated 10 GLP-1R SNPs, which were characterized in three physiologically relevant signaling pathways (cAMP accumulation, extracellular signal-regulated kinase 1/2 phosphorylation, and intracellular Ca²⁺ mobilization); ligand binding and cell surface receptor expression were also determined. We demonstrate both ligand- and pathway-specific effects for multiple SNPs, with the most dramatic effect observed for the Met¹⁴⁹ receptor variant. At the Met¹⁴⁹ variant, there was selective loss of peptide-induced responses across all pathways examined, but preservation of response to the small molecule compound 2. In contrast, at the Cys³³³ variant, peptide responses were preserved but there was attenuated response to compound 2. Strikingly, the loss of peptide function at the Met¹⁴⁹ receptor variant could be allosterically rescued by compound 2, providing proof-of-principle evidence that allosteric drugs could be used to treat patients with this loss of function variant.