高スループット一分子追跡によるドラッグ相互作用と細胞メカニズムの特定

Concetti Chiave

高スループット一分子追跡(htSMT)を用いることで、エストロゲン受容体(ER)の細胞内動態を大規模に解析し、既知および新規の化合物がERの機能を調節する様々なメカニズムを明らかにできる。

Sintesi

本研究では、高スループット一分子追跡(htSMT)プラットフォームを開発し、エストロゲン受容体(ER)の細胞内動態を大規模に解析した。

まず、htSMTシステムの性能を検証するため、異なる拡散係数を持つタンパク質を発現する細胞株を用いて評価した。その結果、htSMTは高い空間・時間分解能を持ち、幅広い拡散係数の範囲を正確に測定できることが示された。

次に、ステロイドホルモン受容体(SHR)ファミリーのメンバー(AR、ER、GR、PR)の細胞内動態を解析した。リガンド刺激によりSHRはクロマチンに結合し、その結合率(fbound)が大きく変化することが分かった。特にERは最も大きな変化を示した。

さらに、5,067化合物からなる生物活性化合物ライブラリーをスクリーニングした結果、既知のERアゴニストやアンタゴニストを同定できただけでなく、ERの動態に影響を及ぼす新規化合物も見出した。これらの化合物は、HSP90阻害剤、プロテアソーム阻害剤、CDK阻害剤など、ERと相互作用する様々なシグナル伝達経路を標的としていることが明らかになった。

さらに、化合物のERに対する作用メカニズムを動態学的に解析したところ、直接的なERへの作用と、間接的な作用を区別できることが示された。

以上の結果から、htSMTは化合物スクリーニングや作用メカニズムの解析に有用な手法であり、タンパク質の動態を大規模に解析することで、新規の生物学的相互作用を明らかにできることが示された。

Statistiche

エストロゲン受容体の拡散係数(Dfree)は3.4 - 4.3 µm2/secであった。
リガンド刺激によりエストロゲン受容体のクロマチン結合率(fbound)は34%から87%に増加した。
HSP90阻害剤はエストロゲン受容体のクロマチン結合を5-7分後に増加させ、その効果は1時間後に最大に達した。
プロテアソーム阻害剤はエストロゲン受容体のクロマチン結合を40分後から徐々に増加させた。

Citazioni

「高スループット一分子追跡(htSMT)は化合物スクリーニングや作用メカニズムの解析に有用な手法であり、タンパク質の動態を大規模に解析することで、新規の生物学的相互作用を明らかにできる。」
「エストロゲン受容体アンタゴニストは、受容体のクロマチン結合を促進することで機能を阻害する可能性がある。」

Approfondimenti chiave tratti da

A high-throughput platform for single-molecule tracking identifies drug interaction and cellular mechanisms

by McSwiggen,D.... alle www.biorxiv.org 01-06-2023

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.01.05.522916v4

Domande più approfondite

質問1

ステロイドホルモン受容体ファミリーの他のメンバーに対しても同様の手法を使用して動態解析を行うことで、新しい知見が得られます。例えば、アンドロゲン受容体（AR）、プロゲステロン受容体（PR）、およびグルココルチコイド受容体（GR）などの他の受容体において、リガンド結合による受容体の動態変化や細胞内シグナル伝達経路への影響を詳細に解明することが可能です。これにより、異なる受容体間の動的相互作用や、それらが介在する経路の理解を深めることができます。さらに、これらの受容体の動態解析を通じて、新たな治療法や薬剤開発の標的となる可能性のある新しいタンパク質相互作用やシグナル伝達経路を特定することが期待されます。

質問2

エストロゲン受容体のクロマチン結合を促進する化合物と、受容体の転写活性化を阻害する化合物の違いは、おそらく異なるメカニズムによるものと考えられます。例えば、受容体の転写活性化を阻害する化合物は、非特異的なクロマチン結合部位に受容体を結合させることで、ERがER応答性遺伝子の転写を活性化する能力を減少させる可能性があります。一方、クロマチン結合を促進する化合物は、受容体のクロマチン結合を安定化させることで、転写活性化を引き起こす可能性があります。このようなメカニズムの違いにより、受容体の動的なクロマチン結合状態が変化し、転写活性化または阻害が引き起こされると考えられます。

質問3

本研究で明らかになった様々な細胞シグナル経路がエストロゲン受容体の動態に影響を及ぼす知見は、ステロイドホルモン受容体を標的とした新薬開発に重要な示唆を与えます。これらの知見を活用することで、新しい薬剤の標的となる可能性のある細胞シグナル経路やタンパク質相互作用を特定し、新規治療法の開発に貢献することが期待されます。また、エストロゲン受容体の動態解析を通じて、既存の薬剤や化合物ライブラリーに含まれる新規化合物の特定や、その作用機序の解明が可能となります。これにより、より効果的な治療法の開発や薬剤スクリーニングプロセスの最適化が実現されるでしょう。