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Sep 07, 2023

Metaboliti del microbiota come agonisti del recettore orfano GPRC5A

Nature Chemical Biology

Nature Chemical Biology (2023) Citare questo articolo

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Abbiamo utilizzato la proteomica chimica per identificare i bersagli proteici candidati dei metaboliti dell'indolo nelle cellule di mammifero. Abbiamo scoperto che le monoammine aromatiche sintetiche e derivate dal microbiota possono attivare il reclutamento di β-arrestina nel recettore orfano GPRC5A. È stato scoperto che specifiche specie di microbiota che esprimono decarbossilasi di amminoacidi producono agonisti monoamminici aromatici per GPRC5A.

Il microbiota umano produce una varietà di metaboliti che regolano la fisiologia e la malattia dell’ospite. Infatti, il metabolismo microbico di polisaccaridi, amminoacidi, acidi biliari e farmaci di sintesi ha profondi effetti sul metabolismo dell’ospite, sull’immunità, sul comportamento neurologico e sull’attività terapeutica. In particolare, gli aminoacidi aromatici alimentari come triptofano, tirosina e fenilalanina vengono metabolizzati dal microbiota intestinale in una varietà di molecole biologicamente attive1. Sebbene sia stato dimostrato che i metaboliti del microbiota interagiscono con varie classi di proteine ​​cellulari, come i recettori di riconoscimento del pattern, i recettori nucleari e i recettori accoppiati alle proteine ​​G (GPCR), la definizione dei bersagli proteici dei metaboliti del microbiota e la determinazione dei loro precisi meccanismi d’azione è ancora una questione difficile. stimolante. La proteomica chimica fornisce un approccio potente per identificare le proteine ​​che interagiscono con i metaboliti nelle cellule e caratterizzarne i meccanismi d'azione2.

Abbiamo sviluppato reporter di fotoaffinità dell'acido indolo-3-acetico e della triptamina (Fig. 1), due importanti metaboliti del microbiota rilevabili nei campioni fecali umani a livelli micromolari3. Abbiamo identificato molte proteine ​​candidate che interagiscono con i metaboliti dell'indolo, inclusi enzimi metabolici, trasportatori di piccole molecole, sensori immunitari e GPCR orfani. Da notare, abbiamo scoperto che i reporter di fotoaffinità del metabolita dell'indolo possono fotoreticolare la proteina 3 indotta dall'acido retinoico (RAI3), codificata da GPRC5A4, un GPCR orfano di classe C associato all'infiammazione e alla tumorigenesi. Inoltre, un test PRESTO-Tango5 ha dimostrato che le monoammine aromatiche, tra cui triptamina, fenetilammina e tiramina, possono stimolare GPRC5A a reclutare β-arrestina. Inoltre, studi sulla relazione struttura-attività dei derivati ​​aromatici delle monoammine hanno identificato la 7-fluorotriptamina come un agonista sintetico più potente per GPRC5A rispetto alla triptamina. La mutagenesi di GPRC5A ha identificato N252 e F256 come residui di amminoacidi che agiscono come potenziali siti di legame per le monoammine aromatiche.

Reporter di fotoaffinità (a sinistra) dei GPCR di fotoreticolazione dell'acido indolo-3-acetico e della triptamina nelle cellule di mammifero. Specifiche specie di microbiota e le rispettive decarbossilasi di amminoacidi aromatici producono monoammine aromatiche che stimolano il reclutamento della β-arrestina nel GPRC5A. I derivati ​​​​sintetici delle monoammine aromatiche come la 7-fluorotriptamina (in basso a destra) funzionano come agonisti GPRC5A più potenti delle monoammine aromatiche microbiche come la triptamina (in alto a destra). © 2023, Zhao, X. et al.

Abbiamo quindi valutato se gli agonisti GPRC5A possono essere prodotti da specifiche specie di microbiota e dalle rispettive decarbossilasi di aminoacidi aromatici, tra cui Ruminococcus gnavus (triptofano decarbossilasi), Morganella morganii (glutammato o tirosina decarbossilasi) ed Enterococcus faecium (tirosina decarbossilasi). L'analisi filogenetica dell'E. faecium tirosina decarbossilasi (TyrDC) ha dimostrato che è altamente conservata nei ceppi delle specie Enterococcus presenti nel microbiota intestinale umano. L'analisi metabolomica dell'E. faecium di tipo selvatico e di un mutante con delezione di TyrDC ha rivelato che TyrDC è coinvolto nel metabolizzare gli amminoacidi aromatici in monoammine. Infine, abbiamo utilizzato CRISPR-Cas9 per eliminare GPRC5A nella linea cellulare di cancro del colon-retto HT-29 e valutato i cambiamenti nell'espressione genica mediante sequenziamento dell'RNA. Il profilo trascrizionale delle cellule in cui il gene che codifica GPRC5A è stato eliminato ha suggerito che questo GPCR unico ha ruoli chiave nella segnalazione immunitaria e del cancro.