Odorant receptors (ORs), the largest subfamily of G protein-coupled receptors, detect odorants in the nose. In addition, ORs were recently shown to be expressed in many nonolfactory tissues and cells, indicating that these receptors have physiological and pathophysiological roles beyond olfaction. Many ORs are expressed by tumor cells and tissues, suggesting that they may be associated with cancer progression or may be cancer biomarkers. This review describes OR expression in various types of cancer and the association of these receptors with various types of signaling mechanisms. In addition, the clinical relevance and significance of the levels of OR expression were evaluated. Namely, levels of OR expression in cancer were analyzed based on RNA-sequencing data reported in the Cancer Genome Atlas; OR expression patterns were visualized using t-distributed stochastic neighbor embedding (t-SNE); and the associations between patient survival and levels of OR expression were analyzed. These analyses of the relationships between patient survival and expression patterns obtained from an open mRNA database in cancer patients indicate that ORs may be cancer biomarkers and therapeutic targets.
Cocaine- and amphetamine-regulated transcript (CART) peptide is a widely distributed neurotransmitter expressed in the central nervous systems. Previously, several reports demonstrated that nucleus accumbal-injected CART peptide positively modulated behavioral sensitization induced by psychostimulants and regulated the mesocorticolimbic dopaminergic pathway. It is confirmed that CART peptide exerted inhibitory effect on psychostimulant-enhanced dopamine receptors signaling, $Ca^{2+}$/calmodulin-dependent kinase signaling and crucial transcription factors expression. Besides modulation of dopamine receptors-related pathways, CART peptide also exhibited elaborated interactions with other neurotransmitter receptors, such as glutamate receptors and ${\gamma}$-aminobutyric acid receptors, which further account for attribution of CART peptide to inhibition of psychostimulant-potentiated locomotor activity. Recently, CART peptide has been shown to have anxiolytic functions on the aversive mood and uncontrolled drug-seeking behaviors following drug withdrawal. Moreover, microinjection of CART peptide has been shown to have an antidepressant effect, which suggests its potential utility in the mood regulation and avoidance of depression-like behaviors. In this review, we discuss CART pathways in neural circuits and their interactions with neurotransmitters associated with psychostimulant-induced depression.
G protein-coupled receptors (GPCRs) are the largest superfamily of transmembrane receptors and have vital signaling functions in various organs. Because of their critical roles in physiology and pathology, GPCRs are the most commonly used therapeutic target. It has been suggested that GPCRs undergo massive genetic variations such as genetic polymorphisms and DNA insertions or deletions. Among these genetic variations, non-synonymous natural variations change the amino acid sequence and could thus alter GPCR functions such as expression, localization, signaling, and ligand binding, which may be involved in disease development and altered responses to GPCR-targeting drugs. Despite the clinical importance of GPCRs, studies on the genotype-phenotype relationship of GPCR natural variants have been limited to a few GPCRs such as b-adrenergic receptors and opioid receptors. Comprehensive understanding of non-synonymous natural variations within GPCRs would help to predict the unknown genotype-phenotype relationship and yet-to-be-discovered natural variants. Here, we analyzed the non-synonymous natural variants of all non-olfactory GPCRs available from a public database, UniProt. The results suggest that non-synonymous natural variations occur extensively within the GPCR superfamily especially in the N-terminus and transmembrane domains. Within the transmembrane domains, natural variations observed more frequently in the conserved residues, which leads to disruption of the receptor function. Our analysis also suggests that only few non-synonymous natural variations have been studied in efforts to link the variations with functional consequences.
Invading pathogens are recognized by diverse germline-encoded pattern-recognition receptors (PRRs) which are distributed in three different cellular compartments: extracellular, membrane, and cytoplasmic. In mammals, the major extracellular PRRs such as complements may first encounter the invading pathogens and opsonize them for clearance by phagocytosis which is mediated by membrane-associated phagocytic receptors including complement receptors. The major membrane-associated PRRs, Toll-like receptors, recognize diverse pathogens and generate inflammatory signals to coordinate innate immune responses and shape adaptive immune responses. Furthemore, certain membrane-associated PRRs such as Dectin-1 can mediate phagocytosis and also induce inflammatory response. When these more forefront detection systems are avoided by the pathogens, cytoplasmic PRRs may play major roles. Cytoplasmic caspase-recruiting domain (CARD) helicases such as retinoic acid-inducible protein I (RIG-I)/melanoma differentiation-associated gene 5 (MDA5), mediate antiviral immunity by inducing the production of type I interferons. Certain members of nucleotide-binding oligomerization domain (NOD)-like receptors such as NALP3 present in the cytosol form inflammasomes to induce inflammatory responses upon ligand recognition. Thus, diverse families of PRRs coordinately mediate immune responses against diverse types of pathogens.
In the 1980s, techniques to image the human subjects in a three-dimensional direction were developed. Two major techniques are SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) and PET (Positron Emission Tomography) which allow the detector to detect a single photon or annihilation photons emitted from the subjects injected with radiopharmaceuticals. Since the latter two techniques can measure the density of receptors, enzymes and transporters in living human, it may be very important project to develop selective methods of labeling with radionuclides and to develop new radiopharmaceuticals. There has been a considerable interest in developing new compounds which specifically bind to dopamine and serotonin receptor and transporters, and it will be thus very useful to label those compounds with radionuclides in order to gain a better understanding in biochemical and pharmacological interactions in living human. This review mentions the characteristics of radioligands for the imaging of dopamine and serotonin receptors and transporters. Although significant progress has been achieved in the development of new PET and SPECT ligands for in vivo imaging of those receptors and transporters, there are continuous needs of new diagnostic radioligands.
Phytoestrogens display estrogen-like activity because of their structural similarity to human estrogens and exhibit high affinity binding for the estrogen receptors (ERs). The prevalence of phytoestrogens in our diets and the biological effects that they may cause need to be fully examined. ER is the ancestral receptor from which all other steroid receptors have evolved. Although phytoestrogens serve specific signaling functions between the plants and insects, fungi, and bacteria, many chemical signals are often misinterpreted as estrogenic signals in non-target organisms such as vertebrates. There are no ERs in plants or in their most common partners, insects. However, Rhizobium soil bacteria have NodD proteins which is an intended target of phytoestrogen signaling and share genetic homology with the ER. These two evolutionarily distant receptors both recognize and respond to a shared group of chemical signals and ligands, including both agonists and antagonists. This review briefly summarizes estrogen and estrogen receptors, kinds of important phytoestrogens, their health effects as well as some of the evolutionary aspects of mechanism by which phytoestrogen mimics the endogenous ER signaling in our body.
Gonadotropin-releasing hormone (GnRH), synthesized in the hypothalamus, plays a pivotal role in the regulation of vertebrate reproduction. Since molecular isoforms of GnRH and their receptors (GnRHR) have been isolated in a broad range of vertebrate species, GnRH and GnRHR provide an excellent model for understanding the molecular co-evolution of a peptide ligand-receptor pair. Vertebrate species possess multiple forms of GnRH, which have been created through evolutionary mechanisms such as gene/chromosome duplication, gene deletion and modification. Similar to GnRHs, GnRH receptors (GnRHR) have also been diversified evolutionarily. Comparative ligand-receptor interaction studies for non-mammalian and mammalian GnRHRs combined with mutational mapping studies of GnRHRs have aided the identification of domains or motifs responsible for ligand binding and receptor activation. Here we discuss the molecular basis of GnRH-GnRHR co-evolution, particularly the structure-function relationship regarding ligand selectivity and signal transduction of mammalian and non-mammalian GnRHRs.
Animals find nutritious foods to survive, while avoiding aversive and toxic chemicals through the chemosensory faculties of olfaction and taste. The olfaction is comparatively well characterized, but the studies of taste are only recently developing since after 2000. Genetic, immunohistochemistry, and electrophysiological studies with knock-out transgenic mice opened up the taste field in mammals. Taste in insects has been only recently been studied after mammalian taste receptors were identified. Flies also discriminate the differences of sweet, salty and sour food, while being able to detect and reject potential foods contaminated with toxins or detrimental chemicals. These discriminatory abilities indicate that flies house basic taste receptors in their taste organs like humans. For the last decade, the sweet and bitter gustatory receptors in Drosophila have been characterized. In this review, we compare the taste anatomy between humans and insects. We also introduce five canonical taste sensations in Drosophila. In addition, we introduce new taste repertoires, that fruit flies can sense water and fatty acids as well as the carbonation buffer in beverage. These studies on simple model organisms will open up a new potential for scientists to further investigate these characteristics in vertebrates.
Tumor necrosis factor-${\alpha}$(TNF), a polypeptide hormone secreted primarily by activated macrophages, was originally identified on the basis of its ability to cause hemorrhagic necrosis and tumor regression in vivo. Subsequently, TNF has been shown to be an important component of the host responses to infection and cancer and may mediate the wasting syndrome known as cachexia. These systemic actions of TNF are reflected in its diverse effects on target cells in vitro. TNF initiates its diverse cellular actions by binding to specific cell surface receptors. Although TNF receptors have been identified on most of animal cells, regulation of these receptors and the mechanisms which transduce TNF receptor binding into cellular responses are not well understood. Therefore, in the present study, the mechanisms how TNF receptors are being regulated and how TNF receptor binding is being transduced into cellular responses were investigated in rat liver plasma membranes (PM) and ME-180 human cervical carcinoma cell lines. $^{125}I$-TNF bound to high ($K_d=1.51{\pm}0.35nM$)affinity receptors in rat liver PM. Solubilization of PM with 1% Triton X-100 increased both high affinity (from $0.33{\pm}0.04\;to\;1.67{\pm}0.05$ pmoles/mg protein) and low affinity (from $1.92{\pm}0.16\;to\;7.57{\pm}0.50$ pmoles/mg protein) TNF binding without affecting the affinities for TNF, suggesting the presence of a large latent pool of TNF receptors. Affinity labeling of receptors whether from PM or solubilized PM resulted in cross-linking of $^{125}I$-TNF into $M_r$ 130 kDa, 90 kDa and 66kDa complexes. Thus, the properties of the latent TNF receptors were similar to those initially accessible to TNF. To determine if exposure of latent receptors is regulated by TNF, $^{125}I$-TNF binding to control and TNF-pretreated membranes were assayed. Specific binding was increased by pretreatment with TNF (P<0.05), demonstrating that hepatic PM contains latent TNF receptors whose exposure is promoted by TNF. Homologous up-regulation of TNF receptors may, in part, be responsible for sustained hepatic responsiveness during chronic exposure to TNF. As a next step, the post-receptor events induced by TNF were examined. Although the signal transduction pathways for TNF have not been delineated clearly, the actions of many other hormones are mediated by the reversible phosphorylation of specific enzymes or target proteins. The present study demonstrated that TNF induces phosphorylation of 28 kDa protein (p28). Two dimensional soidum dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis(SDS-PAGE) resolved the 28kDa phosphoprotein into two isoforms having pIs of 6.2 and 6.1. The pIs and relative molecular weight of p28 were consistent with those of a previously characterized mRNA cap binding protein. mRNA cap binding proteins are a class of translation initiation factors that recognize the 7-methylguanosine cap structure found on the 5' end of eukaryotic mRNAs. In vitro, these proteins are defined by their specific elution from affinity columns composed of 7-methylguanosine 5'-triphosphate($m^7$GTP)-Sepharose. Affinity purification of mRNA cap binding proteins from control and TNF treated ME-180 cells proved that TNF rapidly stimulates phosphorylation of an mRNA cap binding protein. Phosphorylation occurred in several cell types that are important in vitro models of TNF action. The mRNA cap binding protein phosphorylated in response to TNF treatment was purifice, sequenced, and identified as the proto-oncogene product eukaryotic initiation factor-4E(eIF-4E). These data show that phosphorylation of a key component of the cellular translational machinery is a common early event in the diverse cellular actions of TNF.
Dopamine is a major neurotransmitter in the mammalian central nervous system (CNS) that regulates neuroendocrine functions, locomotor activity, cognition and emotion. The dopamine system has been extensively studied because dysfunction of this system is linked to various pathological conditions including Parkinson's disease, schizophrenia, Tourette's syndrome, and drug addiction. Accordingly, intense efforts to delineate the full complement of signaling pathways mediated by individual receptor subtypes have been pursued. Dopamine D1-like receptors are of particular interest because they are the most abundant dopamine receptors in CNS. Recent work suggests that dopamine signaling could be regulated via dopamine receptor interacting proteins (DRIPs). Unraveling these DRIPs involved in the dopamine system may provide a better understanding of the mechanisms underlying CNS disorders related to dopamine system dysfunction and may help identify novel therapeutic targets.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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