G단백질

G protein
단백질 G와 혼동하지 말 것.
포스듀신-변환 베타감마 복합체.G단백질의 베타 및 감마 서브유닛은 각각 파란색과 빨간색으로 표시된다.
구아노신2인산
구아노신3인산

구아닌 뉴클레오티드 결합 단백질로도 알려진 G 단백질은 세포 내부의 분자 스위치로 작용하는 단백질의 한 종류로 세포 외부의 다양한 자극으로부터 내부로 신호를 전달하는 데 관여합니다.이들의 활성은 구아노신 삼인산(GTP)과 결합하고 구아노신 이인산(GDP)에 가수분해하는 능력을 제어하는 인자에 의해 조절된다.GTP에 구속되면 온, GDP에 구속되면 오프가 됩니다.G단백질은 GTPases라고 불리는 더 큰 그룹의 효소에 속합니다.

G단백질에는 두 가지 종류가 있다.첫 번째는 단량체 소량 GTPases(소량 G단백질)로 기능하고, 두 번째는 헤테로 이성질 G단백질 복합체로 기능한다.후자의 복합체는 알파([1]α), 베타(β) 및 감마(β) 서브유닛으로 구성된다.또한 베타와 감마 서브유닛은 베타 감마 복합체로 [2]불리는 안정적인 이합체 복합체를 형성할 수 있습니다.

세포 내에 위치한 헤테로 이성질체 G단백질은 세포막을 [3]가로지르는 G단백질결합수용체(GPCR)에 의해 활성화된다.시그널링 분자는 세포 외부에 위치한 GPCR 도메인에 결합하고 세포 내 GPCR 도메인은 특정 G단백질을 활성화한다.일부 활성 상태 GPCR은 또한 G 단백질과 "사전 결합"되어 있는 것으로 보여지는 반면, 다른 경우에는 충돌 결합 메커니즘이 [4][5][6]발생하는 것으로 생각된다.G 단백질은 세포 기능의 변화를 초래하는 일련의 신호 전달 이벤트를 활성화한다.G단백질 결합 수용체와 함께 작동하는 G단백질은 많은 호르몬, 신경전달물질 및 기타 [7]신호인자로부터 신호를 전달한다.G단백질은 대사효소, 이온채널, 운반단백질, 그리고 세포기계의 다른 부분들을 조절하고, 전사, 운동성, 수축성,[8] 분비를 조절하며, 이는 차례로 배아발달, 학습과 기억, 그리고 항상성과 같은 다양한 전신 기능을 조절한다.

역사

G단백질은 Alfred G. Gilman과 Martin Rodbell이 아드레날린에 의한 세포의 자극을 조사했을 때 발견되었다.그들은 아드레날린이 수용체에 결합할 때, 수용체가 직접적으로 효소를 자극하지 않는다는 것을 발견했다.대신에, 수용체는 G단백질을 자극하고, 이것은 효소를 자극한다.예를 들어, 아데닐산 시클라아제는 두 번째 메신저 순환 [9]AMP를 생성한다. 이 발견으로 그들은 1994년 노벨 [10]생리의학상을 수상했다.

노벨상은 G단백질과 GPCR에 의한 신호 전달의 많은 측면에 대해 수여되었다.여기에는 수용체 길항제, 신경전달물질, 신경전달물질 재흡입, G단백질 결합수용체, G단백질, 세컨드 메신저, cAMP에 대한 반응으로 단백질 인산화 유발 효소 및 글리코겐 분해와 같은 후속 대사 과정이 포함된다.

대표적인 예는 다음과 같습니다(시상순서).

기능.

G단백질은 세포에서 분자를 전달하는 중요한 신호전달물질이다."GPCR[G Protein-Coupled Receptor] 신호 경로의 기능 오류는 당뇨병, 실명, 알레르기, 우울증, 심혈관 결함, 특정 형태의 암과 같은 많은 질병과 관련되어 있습니다.인간 게놈은 광자, 호르몬,[15] 성장인자, 약물 및 기타 내생적 배위자를 검출하는 약 800[16] G의 단백질 결합 수용체를 암호화한다.인간 게놈에서 발견된 약 150개의 GPCR은 아직 알려지지 않은 기능을 가지고 있다.

G단백질은 G단백질결합수용체에 의해 활성화되는 반면, RGS단백질('G단백질신호조절기')에 의해 비활성화된다.수용체는 GTP 결합을 자극한다(G단백질을 활성화시킨다).RGS 단백질은 GTP 가수분해(GDP 생성, G단백질 차단)를 자극한다.

다양성

18개의 인간α G단백질 [17]사이의 배열 관계.

모든 진핵생물은 신호 전달을 위해 G단백질을 사용하며 G단백질의 많은 다양성을 진화시켰다.예를 들어, 인간은 18개의 다른α G단백질β, 5개의 G단백질,[17] 12개의γ G단백질을 암호화한다.

시그널링

G단백질은 두 개의 다른 단백질군을 나타낼 수 있다.때때로 "큰" G 단백질로 불리는 헤테로 이성질체 G 단백질은 G 단백질 결합 수용체에 의해 활성화되며 알파(α), 베타(β), 감마(β) 서브유닛으로 구성된다."작은" G단백질(20-25kDa)은 작은 GTPase의 Ras 슈퍼패밀리에 속합니다.이 단백질들은 헤테로트리머에서 발견되는 알파(α) 서브유닛과 상동성이지만, 실제로는 단일한 단위로만 구성되어 있다.그러나 큰 친척과 마찬가지로 GTP와 GDP에도 결합하고 신호 전달에 관여한다.

이질적

주요 기사:헤테로트리머 G단백질

이종 이성질체 G단백질은 공통 메커니즘을 공유한다.그것들은 GPCR의 구조 변화에 반응하여 활성화되고, GTP와 GDP를 교환하고, 특정 신호 [18]전달 경로에서 다른 단백질을 활성화하기 위해 분리된다.그러나 특정 메커니즘은 단백질 유형에 따라 다르다.

메커니즘

리간드(빨간색)를 받는 G단백질결합수용체(GPCR, 하늘색)에 의한 G단백질(분홍색)의 활성화 사이클.GPCRs(2)에 대한 리간드 결합은 헤테로 이성질체(3-4)의 α 서브유닛에서 GTP와 GDP의 교환을 촉진하는 배좌변화를 유도한다.이어서 활성 형태의 GTP 결합 Gα와 방출된 Gβγ 이합체 모두 다수의 다운스트림 이펙터를 자극할 수 있다(5).Gα의 GTP가 GDP(6)로 가수분해되면 원래 수용체가 복원된다(1).[19]

수용체 활성 G단백질은 세포막 내면에 결합되어 있다.이들은 G와α 밀접하게 연관된βγ G 서브유닛으로 구성됩니다.Gα 서브유닛에는 Gαs(G 자극제), Gαi(G 억제제o), Gα(G 기타q/11), Gα12/13 및 Gα 등 많은 클래스가 있습니다.그들은 이펙터 분자의 인식에서 다르게 행동하지만, 유사한 활성화 메커니즘을 공유합니다.

액티베이션

리간드가 G단백질 결합 수용체를 활성화하면 수용체가 GTP와 GDP를 교환하는 구아닌 뉴클레오티드 교환인자(GEF)로서 기능할 수 있도록 하는 구조 변화를 유도한다.GTP(또는 GDP)는 이질적 GPCR 활성화의 전통적인 관점에서 G 서브유닛에α 결합된다.이 교환은 G 이합체와βγ 수용체 전체에서 G 서브유닛(GTP에 결합)의α 해리를 유발한다.그러나 이펙터 분자의 분자 재배열, 재구성 및 사전 복합화를 제안하는 모델이 [4][20][21]받아들여지기 시작하고 있다.G-GTP와α G는 서로βγ 다른 시그널링 캐스케이드(또는 두 번째 메신저 경로)와 이펙터 단백질을 활성화하고 수용체는 다음 G [22]단백질을 활성화시킬 수 있다.

종료

G 서브유닛은 궁극적으로α 부착된 GTP를 고유의 효소 활성에 의해 GDP에 가수분해하여 G와βγ 재결합하고 새로운 사이클을 시작할 수 있게 한다.GTPase-activating protein(GAP)으로 작용하는 G단백질 시그널링 조절기(RGS)라고 불리는 단백질 그룹은 G 서브유닛에 특이적이다α.이러한 단백질은 GTP의 GDP로의 가수분해를 가속화하여 변환된 신호를 종료시킨다.경우에 따라서는 이펙터 자체가 내인성 GAP 활성을 가질 수 있으며, 이는 경로를 비활성화하는 데 도움이 될 수 있다.이는 C 말단 영역 내에서 GAP 활성을 갖는 포스포리파아제 C-베타의 경우에 해당된다.이것은 G 서브유닛에α 대한 다른 형태의 규제입니다.이러한α G GAP는 G단백질을α 활성화하기 위한 촉매잔기(특이 아미노산 배열)를 가지고 있지 않다.대신 반응에 [23]필요한 활성화 에너지를 낮춤으로써 작동합니다.


특정 메커니즘

Gαs

G는αs ATP로부터 고리형 AMP(cAMP) 생성을 자극하여 cAMP 의존 경로를 활성화한다.이것은 막 관련 효소인 아데닐산 시클라아제의 직접적인 자극에 의해 달성된다. 그러면 cAMP는 단백질 키나제 A(PKA)와 상호작용하고 활성화하는 두 번째 전달자로 작용할 수 있다.PKA는 무수한 하류 표적을 인산화시킬 수 있다.

cAMP 의존 경로는 다음을 포함한 많은 호르몬의 신호 전달 경로로 사용됩니다.

Gαi

G는αi ATP로부터의 cAMP 생성을 억제한다. 예를 들어 소마토스타틴, 프로스타글란딘

Gαq/11

G는αq/11 막 결합 포스포리파아제 C 베타를 자극하여 PIP(단순막 포스포이노시톨)를 두 개의 두 번째 메신저인 IP3와 디아실글리세롤(DAG)로 분해합니다2.이노시톨 인지질 의존 경로는 다음을 포함한 많은 호르몬의 신호 전달 경로로 사용됩니다.

Gα12/13
  • G는α12/13 Rho 패밀리 GTPase 시그널링에 관여합니다(GTPases의 Rho 패밀리 참조).이는 단백질 구조의 RhoGEF 도메인을 포함하는 RhoGEF 슈퍼 패밀리를 통해 이루어진다).이것들은 세포 세포골격 리모델링의 제어에 관여하고, 따라서 세포 이동을 조절한다.
Gβ

소형 GTPas

주요 기사: 스몰 GTPas

작은 G-단백질이라고도 하는 작은 GTPases도 마찬가지로 GTP와 GDP와 결합하며 신호 전달에 관여합니다.이 단백질들은 헤테로트리머에서 발견되는 알파(α) 서브유닛과 상동하지만, 단량체로 존재한다.이들은 구아노신 삼인산(GTP)에 결합하는 작은(20-kDa~25-kDa) 단백질이다.이 단백질군은 Ras GTPases와 상동성이며 Ras 슈퍼 패밀리 GTPases라고도 불린다.

지질화

혈장막의 내부 전단에[clarification needed] 관련짓기 위해 많은 G단백질 및 작은 GTPases가 지질연장에 의해 공유변성된다.미리스토일화, 팔미토일화 또는 프레닐화일 수 있다.

레퍼런스

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외부 링크