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G蛋白偶联受体(GPCR)靶点人源化模型—B6-hCALCA小鼠&B6-hCALCRL
2024-01-22

G蛋白偶联受体(GPCR)

 

G蛋白偶联受体(GPCR)是一个大型膜蛋白家族,能感知并响应各种信号,如激素、神经递质和光。当特定配体与GPCR结合,会激活鸟苷酸结合蛋白(G蛋白),进而影响细胞内的信号传导、增殖、生长和运动等过程。GPCR与中枢神经系统疾病、炎症性疾病、代谢性疾病和癌症等多种疾病有关,被视为"可成药基因组"中最大的靶点类别。据统计,近35%的FDA已批准上市的药物作用于GPCR。然而,目前获批的靶点仅占所有GPCR的一小部分,这表明GPCR家族仍具有巨大的治疗开发潜力[1-2]

 

图1 不同类型的G蛋白偶联受体(GPCR)[2]

 

降钙素受体样受体(CALCRL)

 

G蛋白偶联受体(GPCR)可以被分为至少五种结构上不同的亚型,包括A类(视紫红质样)、B类(促分泌素受体家族)、C类(代谢型谷氨酸/信息素)、D类(真菌交配信息素受体)和E类(环磷酸腺苷受体)。降钙素受体样受体(CLR/CALCRL)属于B类GPCR,在激素稳态中起着关键作用。虽然CALCRL本身不能形成功能性受体,但当与受体活性修饰蛋白(RAMPs)共表达时,就能产生受体信号传导。RAMPs家族包括RAMP1、RAMP2和RAMP3三个成员。CALCRL的生物学效应取决于它与哪种RAMP亚型结合,这使得CALCRL能够与特定的配体作用,发挥各种不同的生物学效应[3]。因此,CALCRL在细胞内的信号传导、细胞增殖、细胞生长和细胞运动等过程中起着重要的作用。当CALCRL与RAMP1共表达并激活后,它与CGRP的结合在许多生理和病理过程中都起着关键作用,包括血管舒张、疼痛感知和免疫调节[4]

 

图2 降钙素受体样受体(CLR)与三种受体活性修饰蛋白(RAMPs)的关系[5]

 

降钙素基因相关肽(CGRP)

 

当CALCRL与RAMP1结合时,会形成一个能识别降钙素基因相关肽(CGRP)的受体复合物。CGRP是一种强效的血管扩张剂,由三叉神经感觉神经元释放,对心血管系统和伤口愈合等生理和病理情况具有保护作用。此外,CGRP与疼痛通路有关,研究发现在偏头痛发作时,CGRP的释放是主要的诱因。因此,CALCRL和CGRP是偏头痛治疗的重要靶点。在偏头痛、关节炎、皮肤病、糖尿病和肥胖症等领域,都有涉及CALCRL和CGRP靶向治疗的研究[6-7]

 

图3 降钙素基因相关肽(CGRP)广泛分布在外周神经系统、中枢神经系统和其他系统中[6]

 

靶向CALCRL&CGRP治疗偏头痛

 

偏头痛是一种常见的三叉神经血管性头痛,可能持续4到72个小时,表现为一侧或双侧的搏动性剧烈头痛。世界卫生组织将其列为人类致残原因的第二位。自2018年以来,已有多款靶向降钙素基因相关肽(CGRP)或其受体(CALCRL)的药物获批,用于偏头痛的治疗或预防,这标志着偏头痛治疗新时代的到来[8]。与传统疗法相比,CGRP相关疗法具有显著的改进,它们特异性地作用于三叉神经疼痛系统,且很少或没有不良反应。例如,Ubrogepant等CGRP受体拮抗剂可以有效缓解偏头痛的急性发作,而Eptinezumab、Fremanezumab和Erenumab等靶向CGRP或CALCRL的单克隆抗体可以有效预防偏头痛发作。这些药物通过与CGRP或CALCRL特异性结合,阻断内源性CGRP与CALCRL的反应,从而减少脑血管扩张,缓解头痛[9]

 

图4 靶向CGRP及其受体CALCRL治疗偏头痛的原理和途径[8]

 

赛业生物开发了小鼠Calcrl基因人源化的B6-hCALCRL小鼠模型(产品编号:C001497)。这种模型特异性地表达人源CALCRL基因,可用于开发针对人源CALCRL基因或蛋白的靶向药物。

 

图5 B6-hCALCRL小鼠特异性表达人源CALCRL基因

 

CALCA基因通过选择性剪切产生CGRP

 

CGRP有两种高度同源的异构体:α-CGRP和β-CGRP。α-CGRP主要存在于外周和中枢神经系统中,而β-CGRP主要存在于胃肠道神经中。偏头痛主要与α-CGRP有关。α-CGRP是通过CALCA基因在转录和翻译过程中的RNA可变剪接和非活性前体蛋白剪切形成的。此外,CALCA基因还可以编码降钙素(Calcitonin)和卡他降钙素(Katacalcin)这两种肽类激素[7]

 

图6 CALCA基因在转录和翻译过程中的RNA可变剪接和非活性前体蛋白剪切[7]

 

人源CALCA基因在转录和翻译过程中涉及复杂的RNA和蛋白剪切和修饰模式。此外,小鼠和人源组织中的CALCA基因表达存在差异,例如,小鼠CALCA在背根神经节(DRG)中的表达远低于人类DRG中的表达水平。DRG是痛觉感受器胞体的重要位置。因此,对小鼠基因进行人源化,使其蛋白结构和表达部位与人类蛋白相同,是非常必要的。赛业生物同样开发了小鼠Calca基因人源化的B6-hCALCA小鼠模型(产品编号:C001523),在该模型中,小鼠Calca基因从起始密码子到3’UTR区域的基因序列都被人源CALCA基因的对应序列所替换。这为研究CALCA基因的功能和相关疾病提供了重要的工具。

 

图7 B6-hCALCA小鼠特异性表达人源CALCA基因

 

总  结

钙素基因相关肽(CGRP)或其受体(CALCRL)是偏头痛等疾病的重要治疗靶点。B6-hCALCRLB6-hCALCA小鼠模型均成功地表达人源基因,可以用于研究CGRP和CALCRL在血压调节、细胞增殖、细胞凋亡、血管生物学、生理性骨髓生成、炎症和肿瘤生长等多种生理病理过程中的作用,以及用于CGRP和CALCRL靶向性偏头痛药物和疗法的研究。

 

除以上两款人源化小鼠模型外,赛业生物还可以提供多种与肿瘤免疫治疗、神经退行性疾病、眼科疾病、自身免疫性疾病及炎症性疾病等领域相关的人源化模型,以满足基因治疗、小核酸疗法、小分子药物和抗体类药物等不同疗法的筛选和评价需求。同时,我们也可以根据研究人员的需求进行定制或合作开发。

 

参考文献:

[1]Obot, D.N., Udom, G.J., Udoh, A.E. et al. Advances in the molecular understanding of G protein-coupled receptors and their future therapeutic opportunities. Futur J Pharm Sci 7, 194 (2021).

[2]Roux BT, Cottrell GS. G protein-coupled receptors: what a difference a 'partner' makes. Int J Mol Sci. 2014 Jan 16;15(1):1112-42.

[3]Kotliar IB, Lorenzen E, Schwenk JM, Hay DL, Sakmar TP. Elucidating the Interactome of G Protein-Coupled Receptors and Receptor Activity-Modifying Proteins. Pharmacol Rev. 2023 Jan;75(1):1-34.

[4]Gingell JJ, Hendrikse ER, Hay DL. New Insights into the Regulation of CGRP-Family Receptors. Trends Pharmacol Sci. 2019 Jan;40(1):71-83. 

[5]Shindo T, Tanaka M, Kamiyoshi A, Ichikawa-Shindo Y, Kawate H, Yamauchi A, Sakurai T. Regulation of cardiovascular development and homeostasis by the adrenomedullin-RAMP system. Peptides. 2019 Jan;111:55-61. 

[6]Russo AF, Hay DL. CGRP physiology, pharmacology, and therapeutic targets: migraine and beyond. Physiol Rev. 2023 Apr 1;103(2):1565-1644.

[7]Russell FA, King R, Smillie SJ, Kodji X, Brain SD. Calcitonin gene-related peptide: physiology and pathophysiology. Physiol Rev. 2014 Oct;94(4):1099-142. 

[8]Edvinsson L, Haanes KA, Warfvinge K, Krause DN. CGRP as the target of new migraine therapies - successful translation from bench to clinic. Nat Rev Neurol. 2018 Jun;14(6):338-350. 

[9]Bucklan J, Ahmed Z. CGRP antagonists for decreasing migraine frequency: New options, long overdue. Cleve Clin J Med. 2020 Apr;87(4):211-218. 

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