GTPase활성화단백질

GTPase-activating protein

GTPase 활성화 단백질 또는 GTPase 가속 단백질(GAPs)은 구성원이 활성화된 G 단백질에 결합하여 그들의 GTPase 활동을 자극할 수 있는 규제 단백질 계열로 신호 이벤트를 종료한 결과물이다.[1]GAPs는 RGS 단백질, 즉 RGS 단백질로도 알려져 있으며,[2] 이러한 단백질들은 G 단백질의 활동을 조절하는 데 매우 중요하다.G 단백질의 조절은 중요하다. 왜냐하면 이 단백질들이 다양한 중요한 세포 과정에 관여하기 때문이다.예를 들어, 큰 G 단백질은 호르몬 신호와 같은 다양한 신호 과정을 위해 G 단백질 결합 수용체로부터의 신호 전달에 관여하고,[2] 작은 G 단백질은 세포 밀매나 세포 순환과 같은 과정에 관여한다.[3]이 기능에서 G 단백질의 활동을 끄는 것이 GAP의 역할이다.이런 의미에서 GAPs 함수는 G단백질신호를 강화하는 역할을 하는 구아닌 뉴클레오티드 교환인자(GEF)와는 정반대다.[4]

메커니즘

GAP는 G-단백질 연계 수용체 계열과 연계성이 높다.G 단백질의 활동은 GTP(Guanosine triphosphate)를 결합하는 능력에서 온다.GTP의 결합은 억제 하위 단위의 상실을 통해 G 단백질의 활동을 본질적으로 변화시키고 그 활동을 증가시킨다.[5]이 보다 활동적인 상태에서 G단백질은 다른 단백질을 묶을 수 있고 다운스트림 신호 전달 대상을 켤 수 있다.이 모든 과정은 G 단백질의 활동을 조절할 수 있는 GAP에 의해 조절된다.

G단백질은 GTP를 약하게 가수분해하여 인산염 결합을 깨뜨려 GDP를 만들 수 있다.[5]GDP에 묶인 상태에서는 G단백질이 이후 비활성화되어 더 이상 목표물을 묶을 수 없다.[5]그러나 이러한 가수분해 반응은 매우 느리게 발생하는데, 이는 G 단백질이 활동을 위한 타이머를 내장하고 있다는 것을 의미한다.G 단백질은 활동 창을 가지고 있고, 그 다음에 느린 가수분해가 뒤따르며, 이것은 그들을 꺼지게 한다.GAP는 G 단백질의 가수 분해효소 활성을 증가시킴으로써 이 G 단백질 타이머를 가속화하는데, 따라서 GTPase 활성화 단백질이라는 이름이 붙었다.

G단백질에는 GTPase 고유 수산화 활성도가 느리다.그러나 GAP가 있는 곳에서는 이러한 유체 활성이 빠르다.

GAPs는 G단백질의 GTP를 핵소독 공격을 위한 더 나은 기질로 만들고 가수분해 반응을 위한 전환 상태 에너지를 낮추는 역할을 한다고 생각된다.예를 들어, 작은 G 단백질의 많은 GAP는 손가락과 유사한 영역, 대개 아르기닌 손가락이 보존되어 있는데, 이것은 GTP 결합 G 단백질의 순응을 변경하여 물에 의한 더 나은 핵포함 공격을 위해 GTP의 방향을 정한다.[6]이것은 GTP가 반응을 위한 더 좋은 기질을 만들어준다.마찬가지로 GAP는 바운드된 GTP에서 GDP와 같은 전하 분배를 유도하는 것으로 보인다.[7]전하 분포의 변화는 GTP 기질을 반응의 산물, GDP, 단인산염과 더 유사하게 만들기 때문에, 이는 핵포함 공격을 위한 분자를 여는 것과 함께 반응의 전환 상태 에너지 장벽을 낮추고 GTP를 보다 쉽게 가수분해할 수 있게 한다.GAPs는 G 단백질의 GTP 가수분해 반응을 향상시키기 위해 일한다.이를 통해 G단백질 내장 타이머를 가속시켜 G단백질 불활성화를 더욱 빠르게 하고, GEF 불활성화와 함께 G단백질 신호가 꺼지지 않게 한다.G 단백질 규제에 있어 GAPs는 매우 중요하다.

GAP는 물에 의한 핵포화성 공격을 위한 G단백질을 개방하고 GDP와 같은 전하 분배를 유도하는 작용을 한다.

G단백질 특이성

일반적으로 GAPs는 목표 G 단백질에 대해 상당히 구체적인 경향이 있다.대상 특이성의 정확한 메커니즘은 충분히 알려져 있지 않지만, 이러한 특수성은 다양한 요소에서 비롯되었을 가능성이 높다.[citation needed]가장 기초적인 수준에서 GAP-to-G 단백질 특이성은 단순히 단백질 발현의 타이밍과 위치에서 비롯될 수 있다.예를 들어 RGS9-1은 눈 망막의 로드 및 콘 광수용체에 구체적으로 표현되며, 이 영역에서 광전도에 관여하는 G 단백질과 상호작용하는 유일한 것이다.[8]어떤 GAP와 어떤 G 단백질이 같은 시간과 장소에서 표현되는 경우가 있는데, 그것이 세포가 특수성을 보장하는 방법이다.한편, 비계 단백질은 또한 G 단백질에 적절한 GAP를 분리하고 적절한 결합 상호작용을 강화시킬 수 있다.[8]이러한 결합 상호작용은 특정 GAP 및 G 단백질에 특정할 수 있다.또한 GAPs는 특정한 G 단백질만을 인식하는 특정한 아미노산 영역을 가질 수 있다.다른 G단백질과의 결합은 동일한 우호적 상호작용을 갖지 못할 수 있으며, 따라서 상호작용을 하지 않는다.그러므로 GAP는 특정한 G 단백질을 조절할 수 있다.

예시 및 분류

EIF5는 GTPase 활성화 단백질이다.[9]나아가 YopE는 Rho GTPase 활성화 단백질(GAP)인 단백질 도메인으로, RhoA, Rac1, Rac2 등 소규모 GTPases를 대상으로 한다.[10]

모노메릭

Ras 슈퍼 패밀리의 작은 GTP 결합 단백질에 작용하는 GAP는 구조물을 보존하고 유사한 메커니즘을 사용한다.

GTPase의 예로는 핵뿐만 아니라 세포골에서도 발견되는 단량체 Ran이 있다.Ran에 의한 GTP의 가수 분해는 핵 단백질을 세포로 운반하는 데 필요한 에너지를 제공하는 것으로 생각된다.Ran은 GEF와 GAP에 의해 각각 켜지거나 꺼진다.

이성애자

이질성 G 단백질의 알파 하위 단위에 작용하는 대부분의 GAP는 구별되는 계열인 RGS 단백질 계열에 속한다.

규정

GAPs는 G 단백질을 조절하는 역할을 하지만 GAPs 자체의 조절 수준도 있다.많은 GAP는 자신이 규제하는 특정 경로의 다운스트림 대상과의 인터페이스 역할을 하는 알로스테릭 사이트를 가지고 있다.예를 들어 RGS9-1은 위로부터 광수용체에 있는 GAP로 망막의 광전도의 다운스트림 성분인 cGMP 인산염(cGMP pDE)과 상호작용한다.cGMP PDE로 바인딩하면 RGS9-1 GAP 활동이 강화된다.[8]즉, 광수용체에 의한 신호의 다운스트림 타겟은 신호의 억제제인 GAP를 결합하고 활성화시킨다.GAP에 대한 다운스트림 대상의 이러한 긍정적인 규제 구속력은 결국 원래 활성화되었던 신호를 끄는 부정적인 피드백 루프 역할을 한다.GAP는 그들이 규제하는 G 단백질의 표적에 의해 조절된다.

G 단백질 신호의 다운스트림 대상이 GAP를 억제하는 네거티브 규제 메커니즘의 예도 있다.G단백질 게이트 칼륨 채널에서 인산염은 G단백질 신호의 다운스트림 목표물이다. 4, 5-트리인산염(PIP3)이다.PIP3는 RGS4 GAP를 결합하고 억제한다.[11]GAP의 그러한 억제는 아마도 활성화를 위한 신호 경로를 "선호화"할 수 있다.이것은 GAP가 일시적으로 억제되기 때문에 일단 활성화되면 G 단백질의 활동 창을 만든다.칼륨 채널이 활성화되면 Ca2+가 방출되어 Calmodulin을 결합한다.이들은 함께 경쟁적으로 같은 사이트에 결합해 PIP3를 GAP에서 대체하고, 이를 통해 G단백질신호를 끄기 위해 GAP를 재활성화한다.[11]이 특정 프로세스는 규제자에 의한 GAP의 억제와 활성화를 모두 보여준다.GAP와 GAP의 활동을 규제하는 신호 경로의 다른 요소들 사이에 교차 대화가 있다.

GAP들 사이에 교차점화의 가능성을 시사하는 몇 가지 발견들이 있었다.최근의 연구는 p120Ras GAP가 DLC1 Rho GAP를 촉매 영역에서 결합시킬 수 있다는 것을 보여주었다.Rho GAP에 대한 Ras GAP의 결합은 Rho GAP의 활동을 억제하여 Rho G 단백질을 활성화시킨다.[12]한 GAP는 다른 GAP의 음의 조절기 역할을 한다.GAP를 가로지르는 그러한 교차 규제의 이유는 아직 명확하지 않지만, 하나의 가능한 가설은 GAP를 가로지르는 이 교차 대화가 모든 GAP의 "꺼짐" 신호를 감쇠시킨다는 것이다.p120Ras GAP가 활성화되어 있으므로 특정 경로를 억제하지만, 다른 GAP를 억제하기 때문에 다른 셀룰러 프로세스는 여전히 계속될 수 있다.이렇게 하면 전체 시스템이 단일 꺼짐 신호에서 종료되지 않을 수 있다.GAP 활동은 신호 경로의 다른 많은 요소들과 상호작용하면서 매우 역동적이다.

질병 관련성 및 임상 관련성

GAPs의 중요성은 중요한 G 단백질을 조절하는 것에서 비롯된다.이러한 G 단백질의 많은 수가 세포 순환에 관여하고 있으며, 이와 같이 알려진 것은 프로토온코겐이다.예를 들어, G 단백질의 Ras 슈퍼 패밀리는 많은 암과 연관되어왔다. 왜냐하면 Ras는 FGF, 즉 섬유질 성장 인자와 같은 많은 성장 인자의 공통적인 다운스트림 목표물이기 때문이다.[13]정상적인 조건에서 이러한 신호는 궁극적으로 조절된 세포 성장과 증식을 유도한다.그러나 암 상태에서는 그러한 성장이 더 이상 규제되지 않고 종양 형성을 초래한다.

보통 G단백질은 GAP에 의해 조절되어 세포분열이 조절된다.

종종, 이러한 인공적인 행동은 G 단백질과 관련된 GAP의 기능 상실이나 G 단백질의 GAP에 대응하는 능력 상실 때문이다.전자와 함께 G 단백질은 GTP를 빠르게 가수분해할 수 없어 G 단백질의 활성 형태의 지속적인 발현을 초래한다.G 단백질은 수력 활성도가 약하지만, 기능성 GEF가 존재하는 경우 GEF가 이러한 단백질에서 GTP와 GDP를 교환하기 때문에 비활성화된 G 단백질은 활성 단백질로 계속 대체된다.G 단백질의 활동을 억제할 GAP가 없는 상태에서, 이것은 구성적으로 활성 G 단백질, 조절되지 않은 세포 성장, 그리고 암 상태를 초래한다.후자의 경우 G 단백질이 GAP에 반응하는 능력을 상실한 경우 G 단백질은 GTP를 가수 분해하는 능력을 상실했다.비기능성 G단백질 효소로는 GTPase 활성을 활성화할 수 없고 G단백질이 구성된다.이것은 또한 규제되지 않은 세포 성장과 암을 초래한다.GAP 오작동의 예는 임상적으로 어디에나 있다.GAP 유전자의 발현이 줄어든 경우도 있다.예를 들어 최근 환자에서 유두 갑상선암 세포의 일부가 Rap1GAP의 발현이 감소하는 것을 보여주며, 이러한 발현은 qRT-PCR 실험에서 보여지는 GAP mRNA의 발현이 감소하여 생긴 것으로 보인다.[14]이 경우 적절한 Rap1GAP 유전자 발현이 상실되는 것으로 보인다.또 다른 경우, Ras GAP의 표현은 유전자의 부적절한 후생적 침묵으로 인해 여러 암에서 상실된다.이 세포들은 유전자 근처에 CpG 메틸화를 가지고 있어 사실상 유전자 전사를 침묵시킨다.[15]G단백질 규제는 조절기가 없어져 암을 유발한다.

GAP가 없다면 G 단백질은 느린 수력활성 때문에 구성되고 GEF는 지속적으로 GDP를 GTP로 대체한다.이것은 규제되지 않은 세포 분열과 종양의 형성을 초래한다.

다른 암들은 G 단백질이 GAPs에 민감하게 반응하는 것을 보여준다.이 G 단백질은 단백질의 고유 GTPase 활동을 방해하는 오감 돌연변이를 얻는다.돌연변이 G 단백질은 여전히 GAP에 의해 묶여 있지만 G 단백질 자체의 GTPase 활성도가 상실되면 GAP에 의한 GTPase 활성도를 높이는 것은 의미가 없다.[16]GAP는 비기능성 가수 분해 효소를 활성화하기 위해 작용한다.예를 들어 T24 방광암 세포는 오식 돌연변이 G12V로 나타나 구성성 활성 Ras 단백질을 발생시켰다.[17]G단백질조절기가 존재함에도 불구하고 G단백질 자체의 기능상실로 인해 조절기능이 상실된다.이러한 기능의 상실은 암에서도 나타난다.그러므로 GAPs와 G 단백질과의 상호작용은 임상적으로 매우 중요하며 암 치료의 잠재적 목표물이다.

가수 분해 활동이 없는 G 단백질은 결합 GTP를 가수 분해할 수 없다. GAPs는 비기능적 효소를 활성화할 수 없으며, G 단백질이 구성적으로 활성화되어 비규제적 세포분열과 종양의 형성을 초래한다.

참조

  1. ^ Gerhard Krauss (2008). Biochemistry of signal transduction and regulation. Wiley-VCH. pp. 235–. ISBN 978-3-527-31397-6. Retrieved 15 December 2010.
  2. ^ a b Kimple, A.J. "G-단백질 신호 2 (RGS2)의 조절기에 의한 G-단백질 α 서브유닛 선택성의 구조 결정인자"생물 화학 저널 284 (2009): 19402-19411.
  3. ^ 쉬, 하이밍 외"Rho GTPase 활성화 단백질 p190-B의 상실은 조혈모세포 이식 잠재력을 향상시킨다."혈액. 114 (2009): 3557–3566.
  4. ^ 크렌델, M. "뉴클레오티드 교환 인자 GEF-H1 마이크로튜브와 액틴 사이토스켈레톤 사이의 교차 대화를 매개한다."네이처 셀 생물학. 4 (2002): 294–301.
  5. ^ a b c 버그 외"신호 전달 경로"생화학.뉴욕: W.H. Freeman and Company, 2007.
  6. ^ 셰프섹, K. 외"The Ras-RasGAP Complex: Oncosenic Ras 돌연변이에서의 GTPase 활성화 및 손실 구조 기반"과학이요.277 (1997): 333–338.
  7. ^ 쾨팅, C. 외"시간 해결 FTIR 연구는 GTPase 반응을 위한 활성화 자유 에너지, 활성화 엔탈피 및 활성화 엔트로피를 제공한다."화학 물리학.307 (2004): 227–232.
  8. ^ a b c 시에, 궈시 외"G 단백질 신호의 규제자들이 어떻게 선택적 규제를 달성하는가".분자생물학 저널.366 (2007): 349–365.
  9. ^ Das S, Ghosh R, Maitra U (March 2001). "Eukaryotic translation initiation factor 5 functions as a GTPase-activating protein". J. Biol. Chem. 276 (9): 6720–6. doi:10.1074/jbc.M008863200. PMID 11092890.
  10. ^ Rosqvist R, Forsberg A, Rimpiläinen M, Bergman T, Wolf-Watz H (April 1990). "The cytotoxic protein YopE of Yersinia obstructs the primary host defence". Mol. Microbiol. 4 (4): 657–67. doi:10.1111/j.1365-2958.1990.tb00635.x. PMID 2191183.
  11. ^ a b 이시이, 마사루 외"Phosphatidylinositol 3,4,5-triphosphate와 Ca2+/Calmodulin 경쟁적으로 RGS4의 G-단백질 시그널링(RGS) 영역의 규제기관에 바인딩하고 그 작용을 상호 규제한다."생화학저널.385 (2005): 65–73.
  12. ^ 양, 쉬유 외"p120Ras-GAP, DLC1 Rho-GAP 종양 억제기 단백질 결합 및 RhoA GTPase 및 성장 억제 활동 억제"Oncenegene. 28 (2009): 1401–1409.
  13. ^ 버그 외"신호 전달 경로"생화학.뉴욕: W.H. Freeman and Company, 2007.
  14. ^ 넬로르, 아노마 등"유두 갑상선암에서 Rap1GAP의 손실"임상 내분비학 및 대사학 저널 94(2009): 1026–1032.
  15. ^ 진, 홍촨 등"Ca2+-규제 Ras GTPase-활성화 단백질 RASAL의 유전학적 소음 인간 암에서 Ras 활성화의 새로운 메커니즘을 정의한다."미국 국립과학원의 의사진행. 104(2007년): 12353-12358.
  16. ^ 래플, D. 외급성 골수성 백혈병(AML), 골수성 백혈병(MPS), 소아 골수성 백혈병(JML), 급성 림프구 백혈병(ALL), 악성 림프종 환자의 Ras-GTP와 Ras-GDP 결정:돌연변이 및 간접 활성화에 대한 평가"혈액학 연보. 88(2009년): 319–324.
  17. ^ 프레무마르 레디, E. 외"점점 돌연변이는 T24 인간 방광암 종양 유전자에 의한 변형 특성 획득에 책임이 있다."자연.300 (1982): 149–152.

외부 링크