GTPase

GTPase

GTPase는 뉴클레오티드 구아노신 삼인산(GTP)에 결합하고 그것을 구아노신 이인산(GDP)[1]으로 가수 분해하는 가수분해효소들의 큰 계열이다.GTP 결합 및 가수분해는 많은 GTPases에 [1]공통적인 단백질 도메인인 고도로 보존된 P-루프 "G 도메인"에서 일어난다.

기능들

GTPases는 많은 기본적인 세포 [2]프로세스에서 분자 스위치 또는 타이머로 기능합니다.

이러한 역할의 예는 다음과 같습니다.

GTPases는 GTP에 결합하면 활성화되고 [2][3]GDP에 결합하면 비활성화된다.Martin Rodbell의 일반화 수용체-트랜듀서-이펙터 시그널링 모델에서 시그널링 GTPases는 이펙터 [3]단백질의 활성을 조절하는 트랜스듀서 역할을 한다.이러한 비활성-활성 전환은 이 두 가지 형태를 구별하는 단백질의 구조 변화, 특히 활성 상태에서 이러한 효과 인자의 [1]기능을 변화시키는 파트너 단백질과 단백질-단백질을 접촉할 수 있는 "전환" 영역에 기인한다.

메커니즘

(활성) G 도메인-GTPase에 결합된 GTP의 가수분해는 [2][3]효소의 시그널링/타이머 기능의 불활성화를 초래한다.구아노신 이인산(GDP)과i 무기 인산염인 P를 생성하기 위한 GTP의 세 번째 인산염의 가수분해는 5가 전이 상태를 통해 S2N 메커니즘(구핵 치환 참조)에 의해 발생하며 마그네슘 이온2+ [2][3]Mg의 존재에 의존한다.

GTPase 활성은 활성 GTP 결합 단백질을 비활성 GDP 결합 [2][3]상태로 되돌림으로써 GTPase의 시그널링 역할의 차단 메커니즘으로 기능합니다.대부분의 "GTPases"는 기능성 GTPase 활성을 가지며, 결합 GTP를 결합 [2][3]GDP로 변환하여 스스로를 비활성화하기 전에 단시간 동안만 활성 상태를 유지할 수 있다. 그러나, 많은 GTPases는 또한 GTPase 활성을 가속화하기 위해 GTPase라는 보조 단백질을 사용한다.이것에 의해, 시그널링 GTPas [4]의 액티브한 라이프 타임이 한층 더 제한됩니다.일부 GTPases는 내인성 GTPase 활성이 거의 없거나 전혀 없으며 불활성화를 위해 GAP 단백질에 전적으로 의존한다(예:[5] 세포 내에서 소포 매개 전달에 관여하는 작은 GTP 결합 단백질의 ADP-리보실화 인자 또는 ARF 패밀리).

활성화하려면 GTPases가 GTP에 바인드되어 있어야 합니다.결합 GDP를 직접 GTP로 변환하는 메커니즘은 알려져 있지 않기 때문에, 비활성 GTPases는 구아닌 뉴클레오티드 교환 인자(GEF)[2][3]라고 불리는 별개의 조절 단백질의 작용에 의해 결합 GDP를 방출하도록 유도된다.무뉴클레오티드 GTPase 단백질은 건강한 세포에서 GDP보다 훨씬 많은 GTP를 빠르게 재결합시켜 GTPase가 활성 배좌 상태로 들어가 [2][3]세포에 대한 영향을 촉진할 수 있게 한다.많은 GTPases에서 GEF의 활성화는 GTPase 시그널링 기능의 자극에 있어 주요 제어 메커니즘이지만 GAP도 중요한 역할을 한다.이종 이성질체 G단백질 및 많은 작은 GTP 결합 단백질의 경우, 세포 표면 수용체에 의해 GEF 활성이 자극된다(이종 이성질체 G단백질 G단백질의 경우, G단백질 결합 수용체는 그 자체로 GEF이며, 수용체 활성 소형 GTPases는 세포 표면 수용체와 구별된다).

일부 GTPases는 또한 구아닌 뉴클레오티드 해리 억제제 또는 GDI라고 불리는 보조 단백질과 결합하여 비활동적이고 GDP 결합 [6]상태를 안정화시킨다.

활성 GTPase의 양은 여러 가지 방법으로 변경할 수 있습니다.

  1. GEF에 의한 GDP 해리의 가속은 활성 GTPase의 축적을 가속화한다.
  2. 구아닌뉴클레오티드해리억제제(GDI)에 의한 GDP해리의 억제는 활성 GTPase의 축적을 늦춘다.
  3. GAP에 의한 GTP 가수분해 가속은 활성 GTPase의 양을 감소시킨다.
  4. GTP-γ-S, β, β-메틸렌-GTP, β, β-γ-이미노-GTP 등의 가수분해 불가능한 인공 GTP 유사체는 GTPase를 활성 상태로 잠글 수 있다.
  5. 돌연변이(본질 GTP 가수분해율을 감소시키는 돌연변이 등)는 활성 상태에서 GTPase를 잠글 수 있으며, 작은 GTPase Ras의 돌연변이는 특히 [7]암의 일부 형태에서 흔하다.

G 도메인 GTPase

대부분의 GTPase에서 베이스 구아닌과 다른 뉴클레오티드의 특이성은 컨센서스 배열 [N/T]KXD를 갖는 베이스 인식 모티브에 의해 부여된다.다음 분류는 공유된 특징에 기초한다. 일부 예에서는 기질 특이성을 [8]ATP로 전환하는 염기 인식 모티브의 돌연변이가 있다.

TRAFAC 클래스

G 도메인 단백질의 TRAFAC 클래스는 원형 부재인 번역 인자 G 단백질의 이름을 따 명명되었다.그들은 변환, 신호 전달, 세포 [8]운동성에 역할을 한다.

번역 팩터 슈퍼 패밀리

참고 항목: EF-G evolution Evolution 및 EF-Tu evolution Evolution

복수의 고전적 번역인자 패밀리 GTPase는 단백질 생합성의 시작, 신장 및 종료에 중요한 역할을 한다.GTPase에 이은 β-EI 도메인으로 인해 리보솜 결합의 유사한 모드를 공유하며, 패밀리 중 가장 잘 알려진 멤버는 EF-1A/EF-Tu, EF-2/[9]EF-G 및 클래스 2 방출 인자이다.다른 성분으로는 EF-4(LepA), BipA(TypA),[10] SelB(세균성 셀레노시스테닐-tRNA EF-Tu 패럴로그), Tet(리보솜 [11]보호에 의한 테트라사이클린 내성), HBS1L(유전자성 리보솜 구조 단백질 유사 방출 인자) 등이 있다.

이 슈퍼 패밀리에는 [8]효모의 Bms1 패밀리도 포함되어 있습니다.

라스류 슈퍼패밀리

헤테로트리머 G단백질
주요 기사:헤테로트리머G단백질

헤테로트리머 G 단백질 복합체는 알파(α), 베타(β) 및 감마(γ) 서브유닛이라는 세 가지 단백질 서브유닛으로 구성되어 [12]있다.알파 서브유닛은 긴 조절영역에 의해 측면으로 GTP 결합/GTPase 도메인을 포함하고, 베타 서브유닛과 감마 서브유닛은 베타 감마 복합체로 [13]불리는 안정적인 이합체 복합체를 형성한다.활성화 시, 헤테로 이성질체 G 단백질은 활성화된 GTP 결합 알파 서브유닛과 별개의 베타 감마 서브유닛으로 분리되며, 각각 다른 신호 [2][3]역할을 수행할 수 있다.α 및 β 서브유닛은 지질앵커에 의해 수정되어 혈장막의 내부 [14]리플릿과의 연관성을 증가시킨다.

헤테로트리머 G 단백질은 G 단백질 결합 수용체의 변환기로 작용하여 수용체 활성화를 하류 시그널링 이펙터 및 2차 [2][3][15]메신저에 결합한다.무자극 세포에서는, 헤테로 이성질체 G단백질이 GDP결합 불활성 삼량체(G-GDP-Gαβγ 착체)[2][3]로서 조립된다.수용체 활성화 시 활성화된 수용체 세포 내 도메인은 GEF로 작용하여 [2][3]G단백질 복합체로부터 GDP를 방출하고 대신 GTP의 결합을 촉진한다.GTP 결합 복합체는 수용체로부터 분리되는 활성화 배좌 이동을 거치고 복합체를 구성 요소 G 단백질 알파 및 베타 감마 서브유닛 [2][3]성분으로 분해한다.이러한 활성화된 G 단백질 서브유닛은 이제 그들의 이펙터를 활성화하는 데 자유롭지만, 활성 수용체도 마찬가지로 추가적인 G 단백질을 활성화하는 데 자유롭다. 이것은 하나의 수용체가 많은 G [2][3]단백질을 활성화 할 수 있는 촉매 활성화와 증폭을 가능하게 한다.

결합GTP를 결합GDP로 [2][3]가수분해함으로써 G단백질신호를 종료한다.이는 α 서브유닛의 내인성 GTPase 활성을 통해 발생할 수 있으며, G단백질 시그널링 조절기([4]RGS) 패밀리의 구성원과 같이 GTPase 활성화 단백질(GAP)로 작용하는 별도의 조절 단백질에 의해 촉진될 수 있다.가수분해 반응 속도는 신호의 길이를 제한하는 내부 클럭으로 작동합니다.G가 GDP 결합으로 돌아오면α, 헤테로트리머의 두 부분은 원래의 비활성 [2][3]상태로 재관련됩니다.

헤테로 이성질 G단백질은 α단위의 배열 호몰로지 및 기능적 표적에 따라 G족, G족iq, G족 및 G족12 [12]4족으로s 분류할 수 있다.이들α G단백질군은 각각 16개의 서로 다른 서브유닛 유전자를 가질 수 있도록 여러 [12]구성원을 포함하고 있다.G와βγ G는 마찬가지로 많은 구성원으로 구성되어 있어 이질적인 구조 및 기능적 [12]다양성을 증가시킨다.특정 G단백질의 표적분자 중에는 제2메신저 생성효소 아데닐시클라아제 및 포스포리파아제 C와 다양한 [16]이온채널이 있다.

소형 GTPas
주요 기사: Small GTPase

작은 GTPase는 단량체로 기능하며 주로 GTPase [17]도메인으로 구성된 약 21킬로달톤의 분자량을 가지고 있다.이들은 또한 작은 또는 단량체 구아닌 뉴클레오티드 결합 조절 단백질, 작은 또는 단량체 GTP 결합 단백질, 또는 작은 또는 단량체 G-단백질이라고 불리며, Ras라는 이름의 최초 식별 단백질과 유의한 상동성을 가지고 있기 때문에 Ras 슈퍼 패밀리 GTPases라고도 불린다.작은 GTPases는 일반적으로 세포막, 소포 또는 [18][17]세포골격과 관련된 다양한 세포 신호 이벤트의 분자 스위치 및 신호 변환기 역할을 한다.이들의 1차 아미노산 배열과 생화학적 특성에 따라, 많은 Ras 슈퍼패밀리의 작은 GTPases는 Ras, Rho("Ras-homology"),[17] Rab, Arf 및 Ran이라는 뚜렷한 기능을 가진 5개의 아과로 더욱 나뉜다.세포 표면 수용체(특히 성장인자 수용체)에서 방출되는 세포 내 신호에 반응하여 많은 작은 GTPases에 대한 조절 GEF가 세포 표면(외부) 신호가 아닌 내적 세포 신호에 반응하여 활성화된다.

미오신키네신슈퍼패밀리

이 클래스는 2개의 베타 스트랜드와 추가 N 단자 스트랜드의 손실로 정의됩니다.이 슈퍼패밀리의 이름인 미오신과 키네신은 [8]모두 ATP를 사용하는 것으로 바뀌었다.

대규모 GTPas

큰 단량체 GTPas의 프로토타입으로 dynamin을 참조하십시오.

SIMIBI 클래스

GTPases의 SIMIBI 클래스의 대부분은 이량화에 [8]의해 활성화 됩니다.신호인식입자(SRP), MinD 및 BioD의 이름을 딴 이 클래스는 단백질 국재화, 염색체 분할, 막 수송에 관여한다.MinD와 Get3를 포함한 이 클래스의 몇몇 구성원들은 기질 특이성이 바뀌어 ATPase가 [19]되었다.

전위계수

Translocation 계수 및 GTP의 역할에 대한 자세한 내용은 Signal Recognition Particle(SRP; 신호 인식 입자)를 참조하십시오.

기타 GTPas

튜브린 및 관련된 구조 단백질도 세포 내 튜브를 형성하기 위한 기능의 일부로서 GTP를 결합 및 가수분해하지만, 이러한 단백질은 신호 전달 GTPases에 [20]의해 사용되는 G 도메인과 무관한 별개의 튜브린 도메인을 이용한다.

또한 G-도메인 함유 단백질 이외의 슈퍼클래스의 P-루프를 이용하는 GTP 가수분해 단백질도 있다.예로는 자체 슈퍼클래스의 NACHT 단백질과 AAA+ 슈퍼클래스의 [8]McrB 단백질이 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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