Gpr107,也称为G蛋白偶联受体107,是一种编码G蛋白偶联受体(GPCR)的基因。GPCR是一类重要的跨膜受体,它们在细胞信号传导中发挥着关键作用,通过将细胞外的信号传递到细胞内,从而调节多种生物学过程,包括细胞增殖、分化和代谢。Gpr107基因位于人类染色体9q34.2-3区域,包含18个外显子,编码一个由552个氨基酸组成的蛋白质[2]。Gpr107蛋白属于LUSTR家族,这个家族的蛋白在植物和动物中都有发现,它们具有与GPCR相似的拓扑结构,包括一个氨基端疏水信号肽序列、一个长的细胞外结构域和一个羧基端七个跨膜结构域(LUSTR结构域)[2]。
Gpr107基因的生物学功能是多方面的。首先,Gpr107是神经肽激素neuronostatin的受体。Neuronostatin是一种由生长抑素基因编码的肽激素,通过激活GPR107受体发挥其生物学效应。研究显示,neuronostatin可以调节能量稳态,通过抑制食欲和胰岛素分泌,同时刺激胰高血糖素分泌。此外,neuronostatin受体GPR107在白色脂肪组织中表达,但其对脂肪组织形成控制的作用尚不清楚。研究表明,GPR107在鼠源前脂肪细胞和3T3-L1细胞中表达,neuronostatin通过AKT激活促进前脂肪细胞的增殖。下调GPR107 mRNA表达和蛋白质产生导致neuronostatin诱导的前脂肪细胞增殖刺激减弱。此外,neuronostatin还降低细胞内脂质含量和脂肪生成调节基因C/ebpα、C/ebpβ、Pparγ和Fabp4的表达。综上所述,这些结果表明,neuronostatin通过AKT依赖性方式,通过GPR107刺激前脂肪细胞的增殖。相反,neuronostatin抑制前脂肪细胞分化为成熟脂肪细胞[1]。
其次,Gpr107在Pseudomonas aeruginosa外毒素A的毒性中起着重要作用。外毒素A通过ADP-核糖基化翻译延伸因子2来杀死细胞。GPR107定位于高尔基体,对逆行运输至关重要。GPR107被内切蛋白酶furin切割,两个切割片段通过二硫键连接。这种关联的破坏会影响GPR107的功能。GPR107的氨基端区域对其生物功能至关重要。GPR107可能是长期以来一直寻找的受体之一,它与非典型的G蛋白结合,以调节细胞内囊泡运输[3]。
另外,Gpr107在受体介导的内吞作用和循环中起关键作用。GPR107是一种III型整合膜蛋白,最初被预测为GPCR家族的成员。研究表明,Gpr107的缺失导致胚胎致死表型,其特征是cubilin转录丰度降低以及多个与cubilin-megalin内吞受体复合物相关的基因表达减少。Gpr107-null成纤维细胞细胞表现出转铁蛋白内吞减少,低密度脂蛋白(LDL)受体相关蛋白-1(LRP1)载体摄取减少和对毒素的抵抗力。共定位研究和蛋白质组学分析表明,GPR107与clathrin和retromer蛋白VPS35相关联,GPR107可能负责将受体从内吞隔室返回到质膜。Gpr107-null细胞中观察到的选择性缺陷表明,GPR107直接或间接与有限的表面受体相互作用[4]。
Gpr107还在高血压的发生和发展中发挥作用。研究显示,GPR99和GPR107受体在高血压大鼠中表达发生变化,提示它们可能参与高血压的病理生理过程。GPR107与G蛋白Gi偶联,表明它在高血压的发生中可能通过Gi信号通路发挥作用[5]。
在前列腺癌中,Gpr107也表现出重要的生物学功能。GPR107在前列腺癌中过表达,并与前列腺癌的关键临床参数相关。GPR107沉默抑制了雄激素非依赖性前列腺癌细胞的增殖/迁移率,并改变了与前列腺癌侵袭性相关的关键基因和致癌信号通路。Neuronostatin治疗仅在雄激素非依赖性前列腺癌细胞中抑制增殖/迁移,并引发与GPR107沉默相同的分子反应。因此,Neuronostatin/GPR107系统可能代表了一种有价值的诊断和预后工具,以及前列腺癌和去势抵抗性前列腺癌的潜在新型治疗靶点[6]。
Gpr107还在肝肿瘤起始细胞(TICs)的自我更新和肝肿瘤发生中发挥重要作用。GPR107是肝肿瘤和肝TICs中表达最高的GPCR。GPR107对于肝TICs的自我更新至关重要。GPR107的表达受长非编码RNA lncGPR107的调控。LncGPR107通过招募SRCAP重塑复合物到GPR107启动子来驱动其转录激活。LncGPR107-SRCAP-GPR107轴可以被靶向以消除肝TICs。这项工作揭示了GPCR信号在肝TIC自我更新中的重要作用,并为肝TIC和GPCR的调节提供了新的层次[7]。
最后,Gpr107在神经系统中也发挥作用。研究表明,GPR107在GnRH神经元中表达,并且在促性腺激素释放激素(GnRH)神经元中,Gpr107的表达在发情前期上调,而在间情期下调。这表明GPR107可能在GnRH神经元的调节中发挥作用[8]。
综上所述,Gpr107是一个多功能的基因,参与多种生物学过程,包括能量稳态、细胞内囊泡运输、受体介导的内吞作用、高血压的发生、前列腺癌和肝肿瘤的发生以及神经系统的调节。Gpr107的研究不仅有助于深入理解GPCR的生物学功能和疾病发生机制,而且为疾病的治疗和预防提供了新的思路和策略。
参考文献:
1. Jasaszwili, Mariami, Wojciechowicz, Tatiana, Strowski, Mathias Z, Nowak, Krzysztof W, Skrzypski, Marek. 2021. The effects of neuronostatin on proliferation and differentiation of rat primary preadipocytes and 3T3-L1 cells. In Biochimica et biophysica acta. Molecular and cell biology of lipids, 1866, 159018. doi:10.1016/j.bbalip.2021.159018. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34332074/
2. Edgar, Alasdair J. . Human GPR107 and murine Gpr108 are members of the LUSTR family of proteins found in both plants and animals, having similar topology to G-protein coupled receptors. In DNA sequence : the journal of DNA sequencing and mapping, 18, 235-41. doi:. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17454009/
3. Tafesse, Fikadu G, Guimaraes, Carla P, Maruyama, Takeshi, Brummelkamp, Thijn R, Ploegh, Hidde L. 2014. GPR107, a G-protein-coupled receptor essential for intoxication by Pseudomonas aeruginosa exotoxin A, localizes to the Golgi and is cleaved by furin. In The Journal of biological chemistry, 289, 24005-18. doi:10.1074/jbc.M114.589275. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25031321/
4. Zhou, Guo Ling, Na, Soon-Young, Niedra, Rasma, Seed, Brian. 2014. Deficits in receptor-mediated endocytosis and recycling in cells from mice with Gpr107 locus disruption. In Journal of cell science, 127, 3916-27. doi:10.1242/jcs.135269. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24849652/
5. Calderón-Zamora, Loranda, Canizalez-Román, Adrian, León-Sicairos, Nidia, Hong, Enrique, Villafaña, Santiago. 2020. Changes in expression of orphan receptors GPR99 and GPR107 during the development and establishment of hypertension in spontaneously hypertensive rats. In Journal of receptor and signal transduction research, 41, 558-565. doi:10.1080/10799893.2020.1835959. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33121311/
6. Sáez-Martínez, Prudencio, Jiménez-Vacas, Juan M, León-González, Antonio J, Gahete, Manuel D, Luque, Raúl M. 2020. Unleashing the Diagnostic, Prognostic and Therapeutic Potential of the Neuronostatin/GPR107 System in Prostate Cancer. In Journal of clinical medicine, 9, . doi:10.3390/jcm9061703. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32498336/
7. Huang, Guanqun, Jiang, Hui, Lin, Ye, Zhou, Xinke, Jiang, Xianhan. 2018. LncGPR107 drives the self-renewal of liver tumor initiating cells and liver tumorigenesis through GPR107-dependent manner. In Journal of experimental & clinical cancer research : CR, 37, 121. doi:10.1186/s13046-018-0794-3. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29925408/
8. Vastagh, Csaba, Csillag, Veronika, Solymosi, Norbert, Farkas, Imre, Liposits, Zsolt. 2021. Gonadal Cycle-Dependent Expression of Genes Encoding Peptide-, Growth Factor-, and Orphan G-Protein-Coupled Receptors in Gonadotropin- Releasing Hormone Neurons of Mice. In Frontiers in molecular neuroscience, 13, 594119. doi:10.3389/fnmol.2020.594119. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33551743/