メラトニン受容体MT1が複数の細胞内シグナルを使い分けるしくみを解明

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2026-06-22 杏林大学

杏林大学、東京大学、九州大学、フランスINSERMなどの国際共同研究グループは、睡眠や概日リズムの制御に関わるメラトニン受容体MT1が、従来知られていたGiタンパク質経路だけでなく、Gsタンパク質経路も活性化することを明らかにした。これまでMT1は主に細胞内cAMP濃度を低下させるGi共役型受容体と考えられていたが、細胞実験およびマウス解析により、高濃度メラトニン条件下ではcAMPを上昇させるGs経路も作動することが示された。さらにクライオ電子顕微鏡による構造解析から、MT1はGiとGsを同じように受け入れるのではなく、Gタンパク質C末端α5ヘリックスを異なる位置と角度で結合させることが判明した。また、類似受容体MT2がGsと結合しにくい理由として、第三細胞内ループ構造の違いが重要であることも示された。本成果は、GPCRが複数の細胞内シグナルを使い分ける分子機構の理解を大きく前進させるものであり、副作用の少ないシグナル選択的創薬や睡眠・概日リズム関連疾患の新規治療薬開発への応用が期待される。

メラトニン受容体MT1が複数の細胞内シグナルを使い分けるしくみを解明

<関連情報>

メラトニンMT1受容体への非標準的なGs結合の構造的基盤と生理学的意義 Structural basis and physiological significance of non-canonical Gs coupling to the melatonin MT1 receptor

Atsuro Oishi,Hiroyuki H. Okamoto,Keisuke Ikegami,Ronan McHugh,Bernard Masri,Tsukasa Kusakizako,Kazuhiro Kobayashi,Akifumi Takaki,Angeliki Karamitri,Erika Cecon,Julie Dam,Miki Nagase,Irina G. Tikhonova,Osamu Nureki & Ralf Jockers
Nature Communications  Published:21 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-73555-6  Unedited version

Abstract

G protein-coupled receptors (GPCRs) transduce extracellular stimuli into intracellular signals by coupling to various heterotrimeric G proteins. However, the rules governing G protein preference remain largely elusive. MT1 and MT2 are prototypical Gi/o-coupled GPCRs responding to melatonin, a hormone secreted in a circadian manner. We show here that MT1, but not MT2, couples also to Gs proteins in vitro and activates the Gs/cAMP pathway upon long-term melatonin exposure in vivo, mimicking physiological dawn conditions. We solve the cryo–electron microscopy structure of the melatonin-MT1-Gs complex at 3.0 Å resolution, which reveals a distinct binding mode compared to the MT1–Gi complex. The third intracellular loop of MT1 emerges as a key stabilizer for Gs coupling. This structure of a GPCR primarily coupling to Gi, here in complex with Gs, provides structural and functional insights into G protein selectivity and circadian switch of G protein coupling.

医療・健康
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