Новости

Sep 07, 2023

Метаболиты микробиоты как агонисты орфанного рецептора GPRC5A

Природа Химическая Биология

Природная химическая биология (2023) Процитировать эту статью

351 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Мы использовали химическую протеомику для идентификации белков-кандидатов-мишеней метаболитов индола в клетках млекопитающих. Мы обнаружили, что полученные из микробиоты и синтетические ароматические моноамины могут активировать рекрутирование β-аррестина к орфанному рецептору GPRC5A. Было обнаружено, что определенные виды микробиоты, которые экспрессируют декарбоксилазы аминокислот, продуцируют ароматические моноаминовые агонисты для GPRC5A.

Микробиота человека вырабатывает множество метаболитов, которые регулируют физиологию и болезни хозяина. Действительно, микробный метаболизм полисахаридов, аминокислот, желчных кислот и синтетических лекарств оказывает глубокое влияние на метаболизм хозяина, иммунитет и неврологическое поведение, а также на активность терапевтических средств. В частности, пищевые ароматические аминокислоты, такие как триптофан, тирозин и фенилаланин, метаболизируются микробиотой кишечника в различные биологически активные молекулы1. Хотя было показано, что метаболиты микробиоты взаимодействуют с различными классами клеточных белков, такими как рецепторы распознавания образов, ядерные рецепторы и рецепторы, связанные с G-белком (GPCR), определение белковых мишеней метаболитов микробиоты и определение точных механизмов их действия все еще остается нерешенной задачей. испытывающий. Химическая протеомика обеспечивает мощный подход к идентификации белков, взаимодействующих с метаболитами в клетках, и характеристике механизмов их действия2.

Мы разработали репортеры фотоаффинности индол-3-уксусной кислоты и триптамина (рис. 1), двух известных метаболитов микробиоты, которые обнаруживаются в образцах фекалий человека на микромолярных уровнях3. Мы идентифицировали множество белков-кандидатов, которые взаимодействуют с метаболитами индола, включая метаболические ферменты, низкомолекулярные переносчики, иммунные сенсоры и орфанные GPCR. Следует отметить, что мы обнаружили, что репортеры фотоаффинности метаболита индола могут фотосшивать белок 3, индуцированный ретиноевой кислотой (RAI3), кодируемый GPRC5A4, сиротским GPCR класса C, связанным с воспалением и онкогенезом. Кроме того, анализ PRESTO-Tango5 показал, что ароматические моноамины, включая триптамин, фенэтиламин и тирамин, могут стимулировать GPRC5A рекрутировать β-аррестин. Кроме того, исследования взаимосвязи структура-активность производных ароматических моноаминов выявили, что 7-фтортриптамин является более сильным синтетическим агонистом GPRC5A, чем триптамин. Мутагенез GPRC5A выявил N252 и F256 как аминокислотные остатки, которые действуют как потенциальные сайты связывания ароматических моноаминов.

Репортеры фотоаффинности (слева) индол-3-уксусной кислоты и триптамина, фотосшивающие GPCR в клетках млекопитающих. Конкретные виды микробиоты и соответствующие декарбоксилазы ароматических аминокислот продуцируют ароматические моноамины, которые стимулируют рекрутирование β-аррестина в GPRC5A. Синтетические производные ароматических моноаминов, такие как 7-фтортриптамин (внизу справа), действуют как более мощные агонисты GPRC5A, чем микробные ароматические моноамины, такие как триптамин (вверху справа). © 2023, Чжао X. и др.

Затем мы оценили, могут ли агонисты GPRC5A продуцироваться конкретными видами микробиоты и соответствующими декарбоксилазами ароматических аминокислот, включая Ruminococcus gnavus (триптофандекарбоксилаза), Morganella morganii (глутамат или тирозиндекарбоксилаза) и Enterococcus faecium (тирозиндекарбоксилаза). Филогенетический анализ тирозиндекарбоксилазы E. faecium (TyrDC) показал, что она высоко консервативна в штаммах видов Enterococcus, которые присутствуют в микробиоте кишечника человека. Метаболомный анализ E. faecium дикого типа и мутанта с делецией TyrDC показал, что TyrDC участвует в метаболизме ароматических аминокислот до моноаминов. Наконец, мы использовали CRISPR-Cas9, чтобы нокаутировать GPRC5A в линии клеток колоректального рака HT-29, и оценили изменения в экспрессии генов с помощью секвенирования РНК. Транскрипционное профилирование клеток, в которых был нокаут ген, кодирующий GPRC5A, позволило предположить, что этот уникальный GPCR играет ключевую роль в передаче сигналов иммунной системы и рака.