カンナビノイド受容体研究の進展
新しい方法がカンナビノイド受容体の理解を深め、薬の開発に役立つ。
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目次
カンナビノイド受容体、特にCB1とCB2は、体のエンドカンナビノイドシステムで重要な役割を果たしてる。このシステムは、痛みの感じ方、気分、食欲、免疫反応など、いろんな機能に関わってる。CB1受容体は主に脳や中枢神経系にあって、CB2受容体は免疫システムや末梢器官にもっと関係してる。
CB1とCB2受容体の役割
CB1受容体は主に脳にあって、記憶、運動、痛みの認識に影響する。他にも脂肪、肝臓、膵臓などの器官にもあって、ここでは代謝プロセスに影響を与えてるみたい。CB2受容体は主に免疫システムにいて、脾臓や胸腺などの器官にもある。どちらの受容体も治療の可能性があって、CB1は肥満治療の研究対象、CB2は炎症管理や神経変性疾患の可能性を探ってる。
カンナビノイド受容体を標的にした薬の開発の課題
研究者たちはこれらの受容体を対象にした治療法に希望を見出してるけど、市場に出た薬はほんとに少ない。今のところ、FDAに承認されてる合成カンナビノイドは二つ、ドロナビノールとナビロンだけ。これらは主に、化学療法を受けてる癌患者の吐き気や食欲減退の治療に使われてる。
初期の成功にもかかわらず、肥満治療薬として売られてたリモナバントって薬は、悪影響な心理的副作用のせいで市場から撤回されなきゃならなかった。これが、CB1とCB2受容体を医療で使う際の大きな課題を浮き彫りにしてる。体内での受容体の広範な存在は、意図しない影響を引き起こす可能性があるからね。
効果的な薬を作るには、CB1かCB2受容体のどっちかに選択的な薬候補をデザインする必要がある。でも、ラボで効果的な化合物の特性が、生きてる生物でテストすると異なることが多い。研究者たちが注目してる一つの領域は、薬が受容体に結合してる時間、つまり滞在時間。薬がターゲットにどれくらい attached してるかを理解することで、その効果を改善できるかも。
より良い研究方法の必要性
従来、科学者は放射性物質でタグ付けされた化合物(放射性標識リガンド)を使って、薬が受容体にどのように結合するかを研究してた。でも、この方法は手間がかかるし高コストだし、安全リスクもある。薬の相互作用の動的特性を理解するために重要な迅速な結合イベントにはうまくいかないことも。
最近の蛍光ベースの方法、特にフォルスター共鳴エネルギー移動 (FRET) が有望な代替案を提供してる。この方法は危険な材料の取り扱いが少なくて済むし、二つの蛍光マーカー間の距離を検出することで結合信号をより明確にする。ただ、研究者たちはまだ課題に直面してる。CB1とCB2受容体について、迅速に解離する化合物の結合特性を効果的に測定できる蛍光リガンド結合アッセイが見つかってない。
新しいアプローチ:蛍光プローブの使用
これらの課題に対処するために、研究者たちはD77という蛍光プローブを使った新しい方法を開発した。このプローブは、カンナビス植物にあるTHCの一種であるΔ8-THCに関連した化合物に基づいてる。目的は、いろんな化合物がCB1とCB2受容体とどのように相互作用するかを評価するための迅速で効率的な方法を作ること。
効果的な結果を得るために、研究者たちは受容体の構造を改変してSNAPタグを加えた。このタグは、蛍光プローブが受容体の活性部位に近く結合できる手助けをするんだ。こうすることで、アッセイの効果を高めて、いろんな化合物の結合特性の信頼できる測定を得られた。
実験の準備
研究者たちは、CB1とCB2受容体にSNAPタグを付けて遺伝子改変されたT-RexTM-293という特殊な細胞を使った。この細胞を培養して、新しい蛍光プローブD77と反応させて、受容体にどう影響するかを測定した。受容体がある細胞から膜を準備し、これは実験にとって重要だった。
実験は、D77が異なる温度でCB1とCB2受容体にどう結合するかを測定するように設計された。科学者たちは、プローブが受容体にどれくらいくっついていたか、結合と解離の速さを見た。
結合研究の実施
D77が受容体にどれくらい結合するかを評価するために、研究者たちは飽和結合研究を行った。D77の濃度を徐々に増やして、受容体への結合をモニターした。これにより、薬と受容体の間の結合の強さを示すKDという値などの特定の特性を決定するのに役立った。
また、無標識の競合物がD77の結合にどんな影響を与えるかを調査し、薬の選択性や効力についての洞察を得た。D77の特性を他の化合物と比較することで、研究者たちはカンナビノイド受容体との相互作用をより深く理解することができた。
動的パラメータの測定
研究者たちはまた、D77が受容体に結合する速さにも注目した。これは全体的な効果を理解するのに重要だからね。さまざまな濃度や時間でプローブの結合および解離率を測定して、受容体との相互作用の全体像を把握した。
結果は、D77がCB1とCB2受容体にすぐに結合し、数分で平衡に達することを示した。このデータは、結合特性と異なる化合物の効果との間に強い関係があることを示していて、薬の開発には重要だね。
D77を他のプローブと比較
カンナビノイド受容体の研究に使われた前の蛍光プローブには、結合速度が遅いという制限があった。一方、D77は有望な特性を示していて、この種の研究には適した候補だった。D77の速い結合と解離速度は、生理条件でより正確な測定を可能にし、薬の発見に必要な情報を提供する。
将来の薬剤開発への影響
新しいTR-FRET結合アッセイは、カンナビノイド受容体をよりよく理解し、潜在的な薬候補がそれらとどのように相互作用するかを明らかにできる。この方法は、エンドカンナビノイドシステムに関連するさまざまな状態に対する選択性と有効性を高めた治療法の開発への道を開くかもしれない。
この研究からの知見は、将来のカンナビノイド薬のデザインを洗練させるのに役立つだろう。異なる化合物が受容体とどれくらい相互作用するかを分析することで、科学者たちはその効果や人間での使用時の潜在的な副作用をよりよく予測できる。
結論
カンナビノイド受容体の研究の新しい方法の開発は、将来の薬発見には欠かせない。薬の結合動態や化合物の特性に焦点を当てることで、研究者たちはこれらの受容体を標的にしたより効果的な治療法を作れる。さらにこの分野が進展すれば、肥満から神経変性疾患まで、さまざまな状態に対する新しい治療法が見られるかもしれなくて、患者のケアや生活の質が向上するんだ。
この研究から得た成功と洞察は、医療におけるカンナビノイド受容体の重要性を再確認させ、製薬学における革新的なアプローチの継続的な必要性を浮き彫りにしてる。科学者たちがエンドカンナビノイドシステムの複雑さを解き明かし続ける中、新しい画期的な治療法の可能性は期待できるね。
タイトル: A universal cannabinoid CB1 and CB2 receptor TR-FRET kinetic ligand binding assay.
概要: INTRODUCTIONThe kinetics of ligand binding to G protein-coupled receptors (GPCRs) is an important determining factor in the preclinical evaluation of a molecule. Therefore, efforts should be made to measure this property as part of any drug development plan. The original assays used to assess ligand binding kinetics were developed using radioligands. However, these types of assays are very labor-intensive, limiting their application to the later phases of the drug discovery process. Recently, fluorescence-based ligand binding assays have been developed for multiple GPCRs, demonstrating their superiority through a homogeneous format and continuous data acquisition capabilities. The overriding aim of this study was to develop a fluorescence-based homogeneous ligand binding assay to profile the kinetics of compounds binding to human cannabinoid type 1 and 2 receptors (CB1R and CB2R). METHODSWe designed and synthesized D77, a novel universal tracer based on the lower affinity non-selective naturally occurring psychoactive cannabinoid, {Delta}8-THC. Using the TR-FRET (time-resolved Forster resonance energy transfer) technique to develop an assay to study the kinetics of ligand binding to CB1R and CB2R at physiological temperature. To establish a CB1R construct suitable for this assay, it was necessary to truncate the first 90 amino acids of the flexible CB1R N-terminal domain, in order to reduce the FRET distance between the terbium cryptate (donor) and the fluorescent ligand (acceptor), while the full length CB2R construct remained functional due to its shorter N-terminus. We then used the Motulsky-Mahan competition binding model to study the binding kinetics of non-fluorescent ligands. RESULTSD77 tracer displayed affinity for the truncated human CB1R (CB1R91-472) and full length CB2R (CB2R1-360) in the nanomolar range, and competitive binding behavior with orthosteric ligands. Crucially, D77 displayed fast dissociation kinetics from both CB1R and CB2R, comparable to those of the most rapidly dissociating reference compounds tested. This unique property of D77 proved pivotal to accurately determining the on- and off-rates of the fastest dissociating compounds. Using D77, we successfully determined the kinetic binding properties of a series of CB1R and CB2R agonists and antagonists at 37{degrees}C, including rimonabant, which was marketed for the treatment of obesity but later withdrawn due to serious neurological side effects. DISCUSSIONThe kon values of molecules binding CB1R showed a difference of three orders of magnitude from the slowest associating compound, HU308 to the most rapid, rimonabant. Interestingly, we found a strong correlation between kon and affinity for compounds binding to CB1R, suggesting that the association rate is the main parameter determining the affinity of compounds binding to CB1R. For compounds binding to CB2R, both kon and koff parameters contributed as affinity determinants. However, in contrast to CB1R, a stronger correlation was found between the dissociation constant rate parameter and the affinity of these molecules, suggesting that a combination of kon and koff dictates the overall affinity of compounds binding to CB2R. Ultimately, exploring the kinetic parameters of potential cannabinoid drug candidates could help future drug development programs targeting these receptors.
著者: Dmitry B. Veprintsev, L. Borrega-Roman, B. L. Hoare, M. Kosar, R. C. Sarott, K. J. Patej, J. Bouma, M. Scott-Dennis, E. J. Koers, T. Gazzi, L. Mach, S. Barrondo, J. Salles, W. Guba, E. Kusznir, M. Nazare, A. C. Rufer, U. Grether, L. H. Heitman, E. M. Carreira, D. A. Sykes
最終更新: 2024-07-18 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.16.603654
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.16.603654.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
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