인간 PAC1 수용체 활성화에 대한 새로운 센서 개발 및 다양한 생물종에서의 특성 분석

Concepts de base

새로운 유전자 암호화 PAC1 수용체 활성화 센서 PAClight1P78A를 개발하여 다양한 생물종에서 PACAP 리간드 결합 및 확산을 감지할 수 있는 강력한 도구를 제공한다.

Résumé

이 연구에서는 인간 PAC1 수용체(hmPAC1R)를 기반으로 한 새로운 유전자 암호화 센서 PAClight1P78A를 개발하였다. PAClight1P78A는 매우 높은 동적 범위(ΔF/F0 = 1100%), 우수한 리간드 선택성, 빠른 활성화 동역학(τON = 1.15초)을 보였다.
in vitro 실험에서 PAClight1P78A는 HEK293T 세포와 원발성 신경세포에서 PACAP1-38에 의해 강력하게 활성화되었다. 또한 PAClight1P78A는 PACAP 유사체에 의해서도 활성화되었지만 VIP에는 반응하지 않았다.
안정세포주를 이용한 실험에서 PAClight1P78A와 PAClight1은 PACAP1-38에 대해 각각 29.91 nM과 22.97 nM의 높은 친화도를 보였다. 반면 PAClight1P78A는 VIP에 반응하지 않았다.
마우스 뇌 슬라이스 실험에서 PAClight1P78A는 300 nM 이상의 PACAP1-38 농도에 반응하였지만, 대조군 PAClight1P78A-ctrl은 반응하지 않았다. 또한 PAClight1P78A는 PACAP1-38에만 선택적으로 반응하고 VIP, CRF, ENK 등 다른 신경펩타이드에는 반응하지 않았다.
in vivo 실험에서 PAClight1P78A를 발현한 마우스에 PACAP1-38을 주입하면 126% ΔF/F0의 형광 증가가 관찰되었지만, PAClight1P78A-ctrl을 발현한 마우스에서는 16% 증가에 그쳤다.
제브라피시 실험에서도 PAClight1P78A는 PACAP1-38 주입 후 145.76% ΔF/F0의 강력한 형광 증가를 보였다.
종합하면, PAClight1P78A는 PACAP 리간드 결합 및 확산을 감지할 수 있는 강력한 도구로, 기초 연구와 신약 개발 분야에서 다양하게 활용될 수 있다.

Stats

PAClight1P78A는 HEK293T 세포에서 PACAP1-38에 의해 1109% ΔF/F0의 형광 반응을 보였다.
PAClight1P78A는 원발성 신경세포에서 PACAP1-38에 의해 729% ΔF/F0의 형광 반응을 보였다.
PAClight1P78A는 300 nM 이상의 PACAP1-38 농도에 반응하였지만, PAClight1P78A-ctrl은 반응하지 않았다.
PAClight1P78A를 발현한 마우스에 PACAP1-38을 주입하면 126% ΔF/F0의 형광 증가가 관찰되었지만, PAClight1P78A-ctrl을 발현한 마우스에서는 16% 증가에 그쳤다.
제브라피시 실험에서 PAClight1P78A는 PACAP1-38 주입 후 145.76% ΔF/F0의 강력한 형광 증가를 보였다.

Citations

"새로운 GPCR 기반 센서는 기초 연구와 신약 개발 분야에서 다양하게 활용될 수 있다."
"PAClight1P78A는 PACAP 리간드 결합 및 확산을 감지할 수 있는 강력한 도구이다."

Idées clés tirées de

Probing PAC1 receptor activation across species with an engineered sensor

by Cola,R. B., ... à www.biorxiv.org 02-07-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.02.06.579048v1

Questions plus approfondies

PACAP 신호전달 경로의 생리학적 기능과 병리학적 역할에 대해 더 깊이 있게 탐구할 수 있는 방법은 무엇일까?

PACAP 신호전달 경로의 생리학적 기능과 병리학적 역할을 더 깊이 탐구하기 위해 다음과 같은 방법을 고려할 수 있습니다:

세포 내 신호전달 경로 분석: PAClight1P78A 센서를 이용하여 PACAP의 세포 내 신호전달 경로를 실시간으로 관찰하고 분석할 수 있습니다. 이를 통해 PACAP가 어떻게 세포 내에서 작용하고 생리학적 기능을 수행하는지 상세히 이해할 수 있습니다.

유전자 조절 실험: PACAP 및 PAC1 수용체의 유전자 조절 실험을 통해 이들 유전자의 발현이 생리학적 기능 및 병리학적 역할에 미치는 영향을 연구할 수 있습니다. 이를 통해 PACAP 신호전달 경로의 조절 메커니즘을 파악할 수 있습니다.

동물 모델을 활용한 연구: PAClight1P78A 센서를 이용하여 동물 모델에서 PACAP의 행동학적 효과를 연구할 수 있습니다. 특히, PACAP와 스트레스 반응, 학습 및 기억, 뇌 기능 등과의 관련성을 탐구하여 PACAP의 생리학적 및 병리학적 역할을 더 깊이 이해할 수 있습니다.

PAClight1P78A 센서의 활용도를 높이기 위해 어떤 추가적인 개선이 필요할까?

PAClight1P78A 센서의 활용도를 높이기 위해 다음과 같은 추가적인 개선이 필요할 수 있습니다:

더 넓은 다이내믹 레인지: PAClight1P78A의 다이내믹 레인지를 더 확장하여 민감도를 향상시키고 더 낮은 농도의 리간드에도 민감하게 반응할 수 있도록 개선할 필요가 있습니다.

다양한 리간드에 대한 특이성: PAClight1P78A의 특이성을 더 확장하여 다양한 리간드에 대한 반응을 특이적으로 구분할 수 있도록 개선할 필요가 있습니다. 이를 통해 다양한 생리학적 및 병리학적 조건에서의 센서의 신뢰성을 높일 수 있습니다.

세포 내 신호전달 분석 기능: PAClight1P78A를 통해 세포 내 신호전달 경로를 더 상세히 분석할 수 있는 기능을 추가하여 센서의 활용도를 높일 수 있습니다.

PAClight1P78A 센서를 이용하여 PACAP 신호전달 경로와 관련된 새로운 생물학적 기작을 발견할 수 있을까?

PAClight1P78A 센서를 이용하여 PACAP 신호전달 경로와 관련된 새로운 생물학적 기작을 발견할 수 있습니다. 몇 가지 가능한 방법은 다음과 같습니다:

세포 내 시간적 및 공간적 신호전달 분석: PAClight1P78A를 이용하여 세포 내에서 PACAP의 시간적 및 공간적 신호전달을 실시간으로 관찰하고 분석함으로써 새로운 생물학적 기작을 발견할 수 있습니다.

유전자 조절 실험: PACAP 및 PAC1 수용체의 유전자 조절 실험을 통해 새로운 생물학적 기작을 발견할 수 있습니다. 특히, PACAP 신호전달 경로와 관련된 유전자의 발현이 어떻게 생리학적 기능에 영향을 미치는지 연구할 수 있습니다.

동물 모델 연구: PAClight1P78A를 이용하여 동물 모델에서 PACAP의 행동학적 효과를 연구함으로써 새로운 생물학적 기작을 발견할 수 있습니다. 특히, PACAP와 관련된 신경행동학적 기작을 탐구하여 새로운 통찰을 얻을 수 있습니다.