GPCR（Gタンパク質共役受容体）とは
GPCRまたはGタンパク質共役型受容体は細胞表面に存在するタンパク質です。細胞外物質を認識し、細胞膜を介してシグナルを伝達します。GPCRは細胞内でシグナル伝達を担うグアニンヌクレオチド結合タンパク質（Gタンパク質）を活性化することでこれを実行します。シグナル伝達は、細胞成長、遺伝子転写、翻訳後変化、他の細胞とのコミュニケーションなど、様々な細胞反応において非常に重要です。例えば、身の危険を感じると心拍数が増加したり、薄暗い光に反応して視力が変化したりすることもあります。
ヒトゲノム研究だけでも、ホルモン、脂質、アミン、神経伝達物質、光などを検出する少なくとも1000種類のGPCRが存在します。
GPCRは3つの領域で構成されています。細胞外部分はリガンドを検出し結合します。次に7つの膜貫通領域が構造変化を起こします。最後に、この変化によってC末端が活性化され、対応するGタンパク質が作動します。
Gタンパク質共役受容体とイオンチャネル
GPCRは600から1000のメンバーからなる最大のタンパク質ファミリーであり、多くの正常な生物学的状態と病的状態に関連しています。GPCRは7回膜貫通型（7-TM）受容体としても知られ、現代の医薬品の約45％はこの標的クラスに作用します。GPCRの機能は非常に多様であり、光子、低分子、タンパク質など幅広いリガンドを認識します。
イオンチャネルは細胞膜にある孔で、イオンの出入りを可能にします。ヒトゲノム上に存在するイオンチャンネル遺伝子は、400以上あります。その多くは、現在ブロックバスターとなっている医薬品の標的です。イオンチャネル活性の直接測定は、パッチクランプ用の伝統的な電気生理学装置を用いて行われますが、スループットは非常に低くなります。イオンチャネル活性は、膜電位、カルシウムフラックス、カリウムフラックスの変化に敏感な蛍光色素を用いることにより、間接的に、はるかにハイスループットで測定することもできます。
創薬のためのGPCR活性モニター
GPCR活性の変化は細胞内シグナル伝達経路の異常を引き起こし、炎症、心血管系疾患、精神障害、ホルモンバランスの乱れ、癌などを引き起こします。そのため、GPCRは創薬の中心的存在であり、FDA承認薬の約34%は明確に定義された108種類のGPCRを標的としています。
GPCR活性とそれに対応する細胞内変化をモニターするために、創薬では様々なアッセイを用いることができます。
カルシウムはGPCR活性によって生まれる重要なメッセンジャーです。そのため細胞内カルシウムシグナルの変化は、GPCRの活性化状態を示す強力な指標となります。カルシウム流動アッセイは、薬剤スクリーニングにおける細胞内カルシウムレベルのモニタリングに用いることができます。
カルシウムオシレーションのモニタリングは、薬剤候補のin vitro毒性を予測するためにも極めて重要です。
環状アデノシン一リン酸（cAMP）は、シグナル伝達経路に関与するもう一つの重要なメッセンジャーです。細胞内cAMPレベルの変化は特異性GPCR-Gタンパク質結合を示します。cAMPアッセイは、GPCRサブタイプに関する貴重な情報を与えます。
リガンド結合時のGPCR脱感作に主眼を置いたトランスフルオアッセイでGPCR活性をモニターすることも可能です。これらのアッセイは、GPCRの活性化／非活性化や細胞膜を横切る動きをモニターするために、薬剤スクリーニングに導入することができます。
