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Sep 07, 2023

Metabolitos de la microbiota como agonistas del receptor huérfano GPRC5A

naturaleza química biología

Nature Chemical Biology (2023)Citar este artículo

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Usamos proteómica química para identificar proteínas objetivo candidatas de metabolitos de indol en células de mamíferos. Descubrimos que las monoaminas aromáticas sintéticas y derivadas de la microbiota pueden activar el reclutamiento de β-arrestina en el receptor huérfano GPRC5A. Se encontró que especies de microbiota específicas que expresan descarboxilasas de aminoácidos producen agonistas de monoaminas aromáticas para GPRC5A.

La microbiota humana produce una variedad de metabolitos que regulan la fisiología y la enfermedad del huésped. De hecho, el metabolismo microbiano de polisacáridos, aminoácidos, ácidos biliares y fármacos sintéticos tiene efectos profundos en el metabolismo, la inmunidad y el comportamiento neurológico del huésped, y en la actividad de la terapéutica. En particular, los aminoácidos aromáticos de la dieta, como el triptófano, la tirosina y la fenilalanina, son metabolizados por la microbiota intestinal en una variedad de moléculas biológicamente activas1. Aunque se ha demostrado que los metabolitos de la microbiota interactúan con varias clases de proteínas celulares, como los receptores de reconocimiento de patrones, los receptores nucleares y los receptores acoplados a proteína G (GPCR), aún es difícil definir los objetivos proteicos de los metabolitos de la microbiota y determinar sus mecanismos de acción precisos. desafiante. La proteómica química proporciona un enfoque poderoso para identificar las proteínas que interactúan con los metabolitos en las células y caracterizar su(s) mecanismo(s) de acción2.

Desarrollamos reporteros de fotoafinidad de ácido indol-3-acético y triptamina (Fig. 1), dos metabolitos de microbiota prominentes que son detectables en muestras fecales humanas a niveles micromolares3. Identificamos muchas proteínas candidatas que interactúan con los metabolitos de indol, incluidas las enzimas metabólicas, los transportadores de moléculas pequeñas, los sensores inmunitarios y los GPCR huérfanos. Es de destacar que encontramos que los reporteros de fotoafinidad del metabolito de indol pueden fotocruzar la proteína 3 inducida por ácido retinoico (RAI3), codificada por GPRC5A4, un GPCR huérfano de clase C asociado con inflamación y tumorigénesis. Además, un ensayo PRESTO-Tango5 mostró que las monoaminas aromáticas, incluidas la triptamina, la fenetilamina y la tiramina, pueden estimular a GPRC5A para reclutar β-arrestina. Además, los estudios de relación estructura-actividad de derivados de monoaminas aromáticas identificaron a la 7-fluorotriptamina como un agonista sintético más potente para GPRC5A que la triptamina. La mutagénesis de GPRC5A identificó a N252 y F256 como residuos de aminoácidos que actúan como posibles sitios de unión para las monoaminas aromáticas.

Reporteros de fotoafinidad (izquierda) de GPCR de fotoentrecruzamiento de ácido indol-3-acético y triptamina en células de mamífero. Especies específicas de microbiota y sus respectivas descarboxilasas de aminoácidos aromáticos producen monoaminas aromáticas que estimulan el reclutamiento de β-arrestina en GPRC5A. Los derivados de monoaminas aromáticas sintéticas como la 7-fluorotriptamina (abajo a la derecha) funcionan como agonistas de GPRC5A más potentes que las monoaminas aromáticas microbianas como la triptamina (arriba a la derecha). © 2023, Zhao, X. et al.

Luego evaluamos si especies de microbiota específicas y sus respectivas descarboxilasas de aminoácidos aromáticos pueden producir agonistas de GPRC5A, incluidas Ruminococcus gnavus (triptófano descarboxilasa), Morganella morganii (glutamato o tirosina descarboxilasa) y Enterococcus faecium (tirosina descarboxilasa). El análisis filogenético de la tirosina descarboxilasa (TyrDC) de E. faecium demostró que está altamente conservada en las cepas de especies de Enterococcus que están presentes en la microbiota intestinal humana. El análisis metabolómico de E. faecium de tipo salvaje y un mutante por deleción de TyrDC reveló que TyrDC participa en la metabolización de aminoácidos aromáticos a monoaminas. Finalmente, usamos CRISPR-Cas9 para eliminar GPRC5A en la línea celular de cáncer colorrectal HT-29 y evaluamos los cambios en la expresión génica mediante secuenciación de ARN. El perfil transcripcional de las células en las que se eliminó el gen que codifica GPRC5A sugirió que este GPCR único tiene funciones clave en la señalización inmunológica y del cáncer.

Delinear los mecanismos de acción de especies de microbiota y metabolitos específicos es crucial para comprender su impacto en la fisiología y la enfermedad del huésped. Los GPCR de detección de metabolitos median el diálogo químico de las interacciones huésped-microorganismo. La expresión aberrante de GPRC5A se ha asociado con múltiples cánceres humanos. Nuestro descubrimiento de que los metabolitos de indol se unen a GPRC5A y que las monoaminas aromáticas activan el reclutamiento de β-arrestina mediado por GPRC5A proporciona un primer paso importante hacia el desarrollo de herramientas farmacológicas más efectivas y la caracterización de las interacciones entre metabolitos de microbiota específicos y GPRC5A.

A diferencia de la gran región de unión a agonista extracelular de los GPCR de clase C canónicos, GPRC5A tiene una secuencia N-terminal corta que es poco probable que se una a ligandos involucrados en la señalización clásica mediada por proteína G. Es posible que las monoaminas aromáticas no sean agonistas lo suficientemente potentes para inducir señalización adicional de GPRC5A más allá del reclutamiento de β-arrestina. Alternativamente, la interacción de otros GPCR con monoaminas aromáticas puede interferir con la señalización específica de GPRC5A. También es posible que las monoaminas aromáticas actúen como agonistas alostéricos y requieran ligandos o componentes proteicos adicionales para activar completamente la señalización de GPRC5A.

El futuro descubrimiento y desarrollo de agonistas que sean más potentes y selectivos puede ayudar a dilucidar cómo se regula la señalización de GPRC5A. Además, la aplicación de agonistas sintéticos o bacterias productoras de monoaminas aromáticas en diferentes modelos de ratones puede ayudar a aclarar las funciones de la señalización de GPRC5A en enfermedades inflamatorias y cáncer colorrectal.

Howard C. Cuelgue y Xiaohui Zhao

Scripps Research, La Jolla, CA, EE. UU.

"En este elegante estudio, los autores eliminan el huérfano del receptor acoplado a proteína G GPRC5A utilizando una sonda de etiquetado de fotoafinidad que se asemeja a sus ligandos derivados de la microbiota, identifican las bacterias del microbioma intestinal que producen estos ligandos, desarrollan agonistas sintéticos que son más potentes que estos ligandos , y abordar la función de este GPCR. En resumen, este estudio es novedoso e impactante porque deja huérfanos a un GPCR y descubre que los ligandos microbianos pueden activar este receptor, que puede estar involucrado en el cáncer y la inflamación". Pamela V. Chang, Universidad de Cornell, Ithaca, NY, EE. UU.

Este estudio de los metabolitos de indol derivados de la microbiota se inició como parte de los esfuerzos de nuestro laboratorio para determinar las funciones funcionales de los metabolitos de la microbiota, incluidos el peptidoglicano, los ácidos grasos de cadena corta y los ácidos biliares. Hemos identificado muchas proteínas huésped candidatas interesantes con las que interactúan estos metabolitos, pero elegimos GPRC5A para estudios funcionales debido a su estado 'huérfano' y expresión aberrante en varios tipos de cáncer. El ensayo PRESTO-Tango, que está disponible como recurso de código abierto, fue uno de los métodos clave que utilizamos para identificar los agonistas de monoaminas aromáticas para GPRC5A. Estamos muy agradecidos por la generosa donación de materiales de investigación de la comunidad científica y nuestros colaboradores. Aunque el comienzo de la pandemia de COVID-19 a principios de 2020 nos obligó a ralentizar nuestra investigación sobre otros derivados de monoaminas aromáticas sintéticas y cultivos de especies de microbiota, nos dio tiempo para discutir y preparar este estudio. HCH y XZ

"Este estudio proporciona una buena interacción entre el metabolismo microbiano y la señalización de GPCR y destaca la fuerza de la quimioproteómica en la identificación de los mecanismos de acción de los metabolitos microbianos". Equipo editorial, Nature Chemical Biology.

Dodd, D. et al. Una vía bacteriana intestinal metaboliza los aminoácidos aromáticos en nueve metabolitos circulantes. Naturaleza 551, 648–652 (2017). Este artículo informa el metabolismo de los aminoácidos aromáticos por especies de microbiota intestinal.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Parker, CG & Pratt, MR Haga clic en química en investigaciones proteómicas. Celda 180, 605–632 (2020). Este artículo de revisión presenta las estrategias para el perfil quimioproteómico de proteínas que interactúan con moléculas pequeñas.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Dong, F. et al. Los metabolitos de triptófano derivados de la microbiota intestinal predicen la actividad del receptor Ah. Microbios intestinales 12, 1–24 (2020). Este trabajo determina los metabolitos de indol detectados en muestras fecales de ratón y humanos.

Artículo PubMed Google Académico

Cheng, Y. & Lotan, R. Clonación molecular y caracterización de un nuevo gen inducible por ácido retinoico que codifica un receptor acoplado a proteína G putativo. J. Biol. química 273, 35008–35015 (1998). Este artículo caracteriza a GPRC5A como miembro de la familia GPCR.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Kroeze, WK et al. PRESTO-Tango como un recurso de código abierto para el interrogatorio del GPCRome humano drogable. Nat. Estructura. mol. Biol. 22, 362–369 (2015). Este artículo presenta PRESTO-Tango, un ensayo basado en células para detectar el reclutamiento de β-arrestina por GPCR.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

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Este es un resumen de: Zhao, X. et al. La quimioproteómica revela agonistas de monoamina aromática derivados de la microbiota para GPRC5A. Nat. química Biol. https://doi.org/10.1038/s41589-023-01328-z (2023).

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Metabolitos de la microbiota como agonistas del receptor huérfano GPRC5A. Nat Chem Biol (2023). https://doi.org/10.1038/s41589-023-01342-1

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Publicado: 29 mayo 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41589-023-01342-1

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