Discovery of Novel Receptors for Lipid Mediators - a study leading to the identification of receptors involved in metabolism and the immune system

Abstract

Intercellular communication is of crucial importance in regulating physiology and G-protein coupled receptors (GPCRs) have evolved as an important mechanism in this process. Of the approximately 800 human GPCRs, about 160 are still considered to be “orphan” receptors for which an endogenous ligand remains to be identified. Since an estimated 50% of all clinical drugs act on 30 known GPCRs, the remaining orphan receptors provide excellent, potential new drug targets.



Orphan receptors were selected using known receptor sequences as templates and subsequently cloned into expressing plasmids that were then stably transfected into luciferase-based reporter cells. An orphan receptor was found to be the second GPCR, BLT2, activated by the pro-inflammatory molecule leukotriene B4.



Through use of a library of orphan receptors, potential ligands were screened for activity by applying reversed pharmacology. This approach led to the discovery of the novel receptor (FFA1R) for medium- to long-chain free fatty acids, previously known as the orphan receptor GPR40. Significantly, this receptor was found to be expressed on e.g. pancreatic beta-cells and to mediate the fatty acid augmentation of glucose stimulated insulin secretion. The clinically used anti-diabetic drugs, thiazolidinediones, also activate FFA1R expressed on reporter cells.



It was discovered that FFA2R and FFA3R (GPR43 and GPR41) are activated by short-chain fatty acids (SCFAs). Being abundantly expressed on blood leukocytes, FFA2R may act as the mediator in SCFA-induced immune suppression in the intestinal tract. A recent proposal links FFA3R to leptin secretion by adipose tissue.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Oberoende av om det är i ett samhälle, datornätverk eller organen i en mänsklig kropp, så är behovet av kommunikation stort i en komplex miljö. Eftersom den komplicerade människokroppen är beroende av kommunikation för att reglera funktioner, skickas otaliga mängder signaler oavbrutet. För att signalerna skall vara meningsfulla så måste de kunna tas emot och behandlas. Behovet av specifika mottagare för att kunna urskilja enskilda signaler är uppenbar, som t.ex. signalen att en muskel skall användas, näsan känner en doft eller att en infektion skall angripas. Kroppen har löst detta med hjälp av en stor mängd mottagarmolekyler (receptorer) som sitter på ytan av celler och fångar upp dessa signaler.



Receptorer fungerar som ett lås där en korrekt signalmolekyl agerar nyckel och låser up - aktiverar mottagarreceptorn. För att kunna reglera de komplexa mekanismerna i kroppen finns många olika typer av receptorer. Den största gruppen besläktade receptorer är de så kallade G-protein kopplade receptorerna. När den korrekta signalmolekylen aktiverar dessa receptorer så skickar de i sin tur vidare uppgifter om lämpliga åtgärder in i cellen via G-proteiner. Totalt i den mänskliga kroppen finns närmare tusen olika receptorer av den här typen, men många av dessa är helt okända och vi saknar kunskap om deras aktiverande signalmolekyl, var de finns och vilken roll de spelar den mänskliga fysiologin.



Ungefär hälften av dagens läkemedel fungerar genom att påverka dessa receptorer på ett eller annat sätt. T.ex. kan förhöjt blodtryck kompenseras genom att en receptors signalförmåga blockeras (t.ex. beta-blockare). Eftersom flera hundra receptorer idag inte är karakteriserade finns det en enorm läkemedelspotential inom denna grupp av receptorer.



Målet med detta arbete har varit att identifiera sådan okända receptorer, sätta in dem i ett molekylärt system för att hitta den korrekta signalmolekylen och klargöra hur och vilka av kroppens organ som påverkas. Detta är ett är projekt där det inte går att förutsäga processens gång, eller dess slutgiltiga mål, men som stimulerar till ett nyfiket utforskande.



Denna upptäcktsresa bland okända receptorer ledde fram till karakteriseringen av fyra nya receptorer, vilka beskrivs mera ingående i detta arbete. Den första identifierades som den andra receptorn för LTB4, som är involverad i immunförsvarets inflammatoriska process. På ytan av pankreasceller påträffades vidare en receptor som aktiveras av mellanlånga till långa fettsyror (10 till 18 kolatomer i kedjelängd) och medverkar i regleringen av insulinfrisättningen. Även vissa moderna diabetesläkemedel visade sig kunna påverka denna receptor. Den tredje receptorn aktiveras av signaler i form av korta fettsyror (2 till 6 kolatomer i kedjelängd), typiskt sådana som produceras av tarmbakterier. Det har länge varit känt att sådana signaler har förmågan att hämma immunförsvaret och medverkar troligen till att kroppen tillåter en bakterienärvaro i tarmen. Slutgiltigen, identifierades en tredje aktör i den fettsyre-aktiverade receptorfamiljen. Även denna aktiveras av korta fettsyror och föreslogs nyligen att reglera vissa funktioner i fettceller. De tre receptorerna som aktiveras av olika typer fettsyror bildar tillsammans en besläktad underfamilj av G-protein kopplade receptorer.



Dessa upptäckter kan bidraga till förstålelsen av fettmetabolism och utvecklingen av nya specifika läkemedel inom områden som diabetes, fetma och immunförsvar.

• author: Nilsson, Niclas
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Associate Professor Schiöth, Helgi
• organization: Department of Experimental Medical Science
• publishing date: 2004
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Basic Medicine
• keywords: Klinisk biologi, Clinical biology, Thiazolidinedione, SCFA, FFA, FFA2R, FFA1R, GPR43, GPR41, GPR40, BLT2, GPCR, Orphan, Receptor
• pages: 98 pages
• defense location: GK lecture hall BMC
• defense date: 2004-04-23 10:15:00
• ISBN: 91-628-5964-1
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: Paper I - Cloning and characterization of cDNA encoding a novel human leukotriene B4 Receptor. Ylva Tryselius, Niclas E. Nilsson, Knut Kotarsky, Björn Olde and Christer Owman. Biochem Biophys Res Commun 2000 Aug 2;274(2):377-382. Article: Paper II - A human cell surface receptor activated by free fatty acids and thiazolidinedione drugs. Knut Kotarsky*, Niclas E. Nilsson*, Erik Flodgren, Christer Owman and Björn Olde. Biochem Biophys Res Commun 2003 Feb 7;301(2):406-410. Article: Paper III - Identification of a free fatty acid receptor, FFA2R, expressed on leukocytes and activated by short-chain fatty acids. Niclas E. Nilsson*, Knut Kotarsky*, Christer Owman and Björn Olde. Biochem Biophys Res Commun 2003 April 18;303(4):1047-1052. Article: Paper IV - Characterization of GPR41 as a second receptor now designated FFA3R belonging to the family of free fatty acid receptors and responding to short-chain fatty acids. Niclas E. Nilsson, Knut Kotarsky, Christer Owman, and Björn Olde. Manuscript.
• id: 360dc59c-dc0f-4fa2-9d20-4c106524029f (old id 466849)
• date added to LUP: 2016-04-04 12:25:34
• date last changed: 2018-11-21 21:10:53