The regulation of the phosphaturic factor fibroblast growth factor 23 (FGF23) is not well understood. It was found that administration of 1,25-dihydroxyvitamin D3 (1,25[OH]2D3) to mice rapidly increased serum FGF23 concentrations from a basal level of 90.6 ± 8.1 to 213.8 ± 14.6 pg/ml at 8 h (mean ± SEM; P < 0.01) and resulted in a four-fold increase in FGF23 transcripts in bone, the predominate site of FGF23 expression. In the Hyp-mouse homologue of X-linked hypophosphatemic rickets, administration of 1,25(OH)2D3 further increased circulating FGF23 levels. In Gcm2 null mice, low 1,25(OH)2D3 levels were associated with a three-fold reduction in FGF23 levels that were increased by administration of 1,25(OH)2D3. In osteoblast cell cultures, 1,25(OH)2D3 but not calcium, phosphate, or parathyroid hormone stimulated FGF23 mRNA levels and resulted in a dose-dependent increase in FGF23 promoter activity. Overexpression of a dominant negative vitamin D receptor inhibited 1,25(OH)2D3 stimulation of FGF23 promoter activity, and mutagenesis of the FGF23 promoter identified a vitamin D-responsive element (−1180 GGAACTcagTAACCT −1156) that is responsible for the vitamin D effects. These data suggest that 1,25(OH)2D3 is an important regulator of FGF23 production by osteoblasts in bone. The physiologic role of FGF23 may be to act as a counterregulatory phosphaturic hormone to maintain phosphate homeostasis in response to vitamin D.

Abstract GPRC6A is a member of the Family C G-protein coupled receptors that is activated by cations, L-amino acids, the osteocalcin (Ocn) peptide, and testosterone. GPRC6A functions as a master regulator of energy metabolism and sex hormone production. Based on homology to the related receptors mGluR5 and CaSR, GPRC6A’s multiple ligand specificity is likely based on an orthosteric ligand binding site in the bilobed Venus fly trap (VFT) domain together with two positive allosteric modulator (PAM) sites, one in the VFT and the other in the 7TM domain. Here, we show that Ocn acts as a PAM for GPRC6A by binding to a site in the VFT that is distinct from the orthosteric site for calcium and L-amino acids. In agreement with this finding, alternatively spliced GPRC6A isoforms 2 and 3, which lack regions of the VFT, and mutations in the predicted Ocn binding site, K352E and H355P, prevent Ocn activation of GPRC6A. These observations provide a structural framework for understanding the ability of multiple distinct classes of compounds to activate GPRC6A and set the stage to develop novel small molecules to activate and inhibit this receptor.

Abstract Understanding the mechanism of metformin actions in treating type 2 diabetes is limited by an incomplete knowledge of the specific protein targets mediating its metabolic effects. Metformin has structural similarities to L-Arginine (2-amino-5-guanidinopentanoic acid), which is a ligand for GPRC6A, a Family C G-protein coupled receptor that regulates energy metabolism. Ligand activation of GPRC6A results in lowering of blood glucose and other metabolic changes resembling the therapeutic effect of metformin. In the current study, we tested if metformin activates GPRC6A. We used Alphafold2 to develop a structural model for L-Arginine (L-Arg) binding to the extracellu-lar bilobed venus flytrap domain (VFT) of GPRC6A. We found that metformin docked to the site in the VFT that overlaps the binding site for L-Arg. Metformin resulted in a dose-dependent stimulation of GPRC6A activity in HEK-293 cells transfected with full-length wild-type GPRC6A but not in untransfected control cells. In addition, metformin failed to activate an alternatively spliced GPRC6A isoform lacking the putative binding site in the VFT. More specifically, mutation of the predicted metformin key binding residues Glu170 and Asp303 in the GPRC6A VFT resulted in loss of metformin receptor activation in vitro. The in vivo role of GPRC6A in mediating the effects of metformin was tested in Gprc6a-/- mice. Administration of therapeutic doses of metformin lowered blood glucose levels following a glucose tolerance test in wild-type but not Gprc6a-/- mice. Finally, we EN300, created by adding a carboxymethyl group from L-Arg to the biguanide backbone of metformin. EN300 showed dose-dependent stimulation of GPRC6A activity in vitro with greater potency than L-Arginine, but less than met-formin. Thus, we suggest that GPRC6A is a potential molecular target for metformin which may be used to understand the therapeutic actions of metformin and develop novel small molecules to treat T2D.