Sigma 1受容体のリガンド依存性近配心型の定義

Sigma 1受容体（S1R）は、神経変性疾患から癌およびCOVID-19に至るまでの幅広い病理学的状態の治療標的です。S1Rは、神経系、免疫、心血管系全体で遍在的に発現しています。複数の細胞内シグナル伝達経路を調節するリガンド依存性分子シャペロンとして機能することが提案されています。この研究の目的は、ネイティブ条件下で、よく特徴づけられたリガンドに結合したときに、S1R近郊を定義することでした。これは、ビオチンリガーゼApex2をS1RのC末端に融合することによって達成されました。S1R-APEXまたはGFP-APEXコントロールを安定して発現する細胞を使用して、近位タンパク質をマッピングしました。ビオチン化タンパク質は、天然の条件下で、リガンド依存的に標識され、その後、定量的質量分析を使用して精製および同定されました。ネイティブ条件下では、S1Rビオチン酸が200以上の新規タンパク質を酸化します。その多くは、子宮内膜システム（小胞体、ゴルジ、分泌小胞）内に局在し、分泌経路内で機能します。S1Rアゴニストまたは拮抗薬のいずれかに対する細胞曝露の条件下では、結果は分泌、細胞外マトリックス形成、およびコレステロール生合成に不可欠なタンパク質の濃縮を示しています。特に、プロタンパク質変換酵素サブチリシン/ケキシン9型（PCSK9）は、よく知られているS1R拮抗薬であるハロペリドールによる治療条件下でS1Rへの結合の増加を示します。一方、低密度リポタンパク質受容体（LDLR）は、古典的なS1Rアゴニストである（+）-Pentazocine（（+）-PTZ）で処理するとS1Rにより効率的に結合します。さらに、S1Rのリガンド結合状態は、細胞セクレオームの特定の変化と相関することを実証します。私たちの結果は、細胞内シャペロンとしてのS1Rの仮定された役割と一致しており、分泌とコレステロール代謝に関連する重要かつ新規の機能性をさらに示唆しています。

Sigma 1 Receptor (S1R) is a therapeutic target for a wide spectrum of pathological conditions ranging from neurodegenerative diseases to cancer and COVID-19. S1R is ubiquitously expressed throughout the visceral organs, nervous, immune and cardiovascular systems. It is proposed to function as a ligand-dependent molecular chaperone that modulates multiple intracellular signaling pathways. The purpose of this study was to define the S1R proximatome under native conditions and upon binding to well-characterized ligands. This was accomplished by fusing the biotin ligase, Apex2, to the C terminus of S1R. Cells stably expressing S1R-Apex or a GFP-Apex control were used to map proximal proteins. Biotinylated proteins were labeled under native conditions and in a ligand dependent manner, then purified and identified using quantitative mass spectrometry. Under native conditions, S1R biotinylates over 200 novel proteins, many of which localize within the endomembrane system (endoplasmic reticulum, Golgi, secretory vesicles) and function within the secretory pathway. Under conditions of cellular exposure to either S1R agonist or antagonist, results show enrichment of proteins integral to secretion, extracellular matrix formation, and cholesterol biosynthesis. Notably, Proprotein Convertase Subtilisin/Kexin Type 9 (PCSK9) displays increased binding to S1R under conditions of treatment with Haloperidol, a well-known S1R antagonist; whereas Low density lipoprotein receptor (LDLR) binds more efficiently to S1R upon treatment with (+)-Pentazocine ((+)-PTZ), a classical S1R agonist. Furthermore, we demonstrate that the ligand bound state of S1R correlates with specific changes to the cellular secretome. Our results are consistent with the postulated role of S1R as an intracellular chaperone and further suggest important and novel functionalities related to secretion and cholesterol metabolism.