GPCR – Υποδοχείς συζευγμένων πρωτεϊνών G

Βασικές έννοιες

Σε αυτό το άρθρο, θα μάθετε για τον συζευγμένο υποδοχέα πρωτεΐνης G, τη δομή των πρωτεϊνών G, τον βασικό μηχανισμό σηματοδότησης της πρωτεΐνης G και πολλά παραδείγματα οδών σηματοδότησης πρωτεΐνης G.

Σηματοδότηση υποδοχέα συζευγμένης πρωτεΐνης G

Η οδός σηματοδότησης της πρωτεΐνης G είναι ένας κοινός τρόπος με τον οποίο τα κύτταρα των οργανισμών επικοινωνούν μεταξύ τους. Τα μηνύματα μεταξύ των κυττάρων έρχονται με τη μορφή χημικών ουσιών, οι οποίες απελευθερώνονται από τα κύτταρα πηγής και συνδέονται με τους υποδοχείς στις μεμβράνες των κυττάρων-στόχων.

Στη σηματοδότηση πρωτεΐνης G, αφού ένα χημικό σήμα συνδεθεί με έναν υποδοχέα, αυτός ο υποδοχέας ενεργοποιεί δομές που ονομάζονται πρωτεΐνες G. Στη συνέχεια, αυτές οι πρωτεΐνες G μεταφέρουν το μήνυμα προς τα εμπρός αλληλεπιδρώντας με μια άλλη πρωτεΐνη μεμβράνης. Στη συνέχεια, αυτή η πρωτεΐνη απελευθερώνει δευτερεύοντα μόρια αγγελιοφόρου, τα οποία μεταφέρουν το μήνυμα περαιτέρω για να ξεκινήσουν την απόκριση του κυττάρου.

Στοιχεία σηματοδότησης υποδοχέα συζευγμένων πρωτεϊνών G

Η οδός σηματοδότησης της πρωτεΐνης G έχει τρία βασικά συστατικά πρωτεΐνης:

• Δέκτης συζευγμένου πρωτεϊνών G
• Πρωτεΐνη G
• Ένζυμο μεμβράνης

Οι πρωτεΐνες υποδοχέα συζευγμένες με πρωτεΐνη G διασχίζουν ολόκληρη την πλασματική μεμβράνη, με μέρη που αγγίζουν τόσο μέσα όσο και έξω από το κύτταρο. Το ενδοκυτταρικό τμήμα του υποδοχέα συνδέεται με πρωτεΐνες G, οι οποίες αγκυροβολούν οι ίδιες στα φωσφολιπίδια στο εσωτερικό του κυττάρου.

Όταν είναι ανενεργές, οι πρωτεΐνες G συνδέονται με τη διφωσφορική γουανοσίνη (GDP), ένα μόριο αποθήκευσης ενέργειας παρόμοιο με το ATP. Ωστόσο, το ΑΕΠ είναι σχετικά φτωχό σε ενέργεια σε σύγκριση με την τριφωσφορική γουανοσίνη (GTP), η οποία αντικαθιστά το ΑΕΠ για να ενεργοποιήσει την πρωτεΐνη G. Αντίστοιχα, το "G" στην πρωτεΐνη G αναφέρεται σε αυτή τη σημαντική αλληλεπίδραση μεταξύ GDP και GTP.

Το ένζυμο μεμβράνης που εμπλέκεται σε αυτό το μονοπάτι βρίσκεται κοντά στον υποδοχέα και τις πρωτεΐνες G. Είναι πολύ σημαντικό, αυτό το ένζυμο καταλύει την παραγωγή δευτερευόντων μορίων αγγελιοφόρων που μεταφέρουν το χημικό μήνυμα προς τα εμπρός.

Δομή πρωτεΐνης G

Δεδομένου ότι η σηματοδότηση της πρωτεΐνης G χρησιμοποιείται από μια ευρεία ποικιλία ειδών για πολλές λειτουργίες, η δομή των πρωτεϊνών G μπορεί να ποικίλλει σημαντικά. Ωστόσο, κάθε πρωτεΐνη G σχηματίζει ένα τριμερές, που σημαίνει ότι έχει τρεις πολυπεπτιδικές υπομονάδες:τις υπομονάδες άλφα, βήτα και γάμμα. Διαφορετικά γονίδια κωδικοποιούν για κάθε υπομονάδα και τα πολυπεπτίδια συνδέονται μεταξύ τους μόνο κατά την αναδίπλωση πρωτεΐνης.

Παρόμοια με τις περισσότερες άλλες πρωτεΐνες, κάθε υπομονάδα πρωτεΐνης G έχει διαφορετική λειτουργία και δραστηριότητα. Η άλφα υπομονάδα συνδέεται με το GDP και το GTP και είναι υπεύθυνη για την ενεργοποίηση της πρωτεΐνης G. Αντίθετα, οι υπομονάδες βήτα και γάμμα συνδέονται με τη φωσφολιπιδική άγκυρα του μορίου και δεν παίζουν κανένα ρόλο στην ενεργοποίηση. Είναι ενδιαφέρον ότι ορισμένα μονοπάτια σηματοδότησης πρωτεΐνης G στον μεταβολισμό και τη νευρική σηματοδότηση περιλαμβάνουν τον διαχωρισμό της υπομονάδας άλφα από τις υπομονάδες βήτα και γάμμα. Στη συνέχεια, τα δύο ξεχωριστά κομμάτια πρωτεΐνης ενεργοποιούν και τα δύο ένζυμα που παράγουν ξεχωριστά δευτερεύοντες αγγελιοφόρους.

Περίγραμμα σηματοδότησης υποδοχέα συζευγμένου πρωτεΐνης G

Η σηματοδότηση πρωτεΐνης G ακολουθεί μια απλή διαδικασία που περνά το χημικό σήμα μεταξύ κάθε συστατικού πρωτεΐνης.

Πρώτον, ένα χημικό σήμα από το εξωτερικό του κυττάρου συνδέεται με τον υποδοχέα. Αυτό μετατοπίζει τη δομή της πρωτεΐνης του υποδοχέα, η οποία επιτρέπει στο GTP να αντικαταστήσει το GDP στην υπομονάδα άλφα πρωτεΐνης G. Κατά συνέπεια, η δέσμευση του GTP ενεργοποιεί την πρωτεΐνη G, η οποία απελευθερώνεται από τον υποδοχέα.

Δεύτερον, οι φωσφολιπιδικές αγκυρώσεις της πρωτεΐνης G διαχέονται ελεύθερα στην πλασματική μεμβράνη. Τελικά, η ενεργοποιημένη πρωτεΐνη G συνδέεται με το κυτταρικό ένζυμο που βρίσκεται κοντά.

Τρίτον, η σύνδεση της πρωτεΐνης G έχει ως αποτέλεσμα το ένζυμο να παράγει δευτερεύοντα μόρια αγγελιοφόρων. Τέλος, αυτά τα μόρια μεταφέρουν το αρχικό χημικό σήμα, το οποίο τελικά ενεργοποιεί την επιθυμητή κυτταρική απόκριση.

Παραδείγματα σηματοδότησης υποδοχέα συζευγμένων πρωτεϊνών G

Η οδός σηματοδότησης της πρωτεΐνης G είναι ένα κρίσιμο κομμάτι της κυτταρικής επικοινωνίας και αυτή η οδός υπάρχει σε πολλά διαφορετικά συστήματα του σώματος στον άνθρωπο. Στην πραγματικότητα, πολλοί ερευνητές εκτιμούν ότι έως και το ένα τρίτο όλων των φαρμακευτικών φαρμάκων στοχεύουν σε αυτό το μονοπάτι για να προκαλέσουν ή να εμποδίσουν ορισμένες βιολογικές επιδράσεις.

Ας δούμε μερικά παραδείγματα οδών σηματοδότησης πρωτεΐνης G στο ανθρώπινο σώμα:

• Αναπαραγωγική Ανάπτυξη
  • Η ωχρινοτρόπος ορμόνη (LH) και η ορμόνη διέγερσης των ωοθυλακίων (FSH) σηματοδοτούν την ανάπτυξη των ανθρώπινων αναπαραγωγικών συστημάτων ενεργοποιώντας υποδοχείς συζευγμένους με πρωτεΐνη G. Αυτές οι οδοί χρησιμοποιούν την κυκλική μονοφωσφορική αδενοσίνη (cAMP) ως δευτερεύοντα αγγελιοφόρο.
• Ρύθμιση ασβεστίου
  • Η παραθυρεοειδική ορμόνη (PTH) και η καλσιτονίνη αλληλεπιδρούν με τα κύτταρα του οστικού ιστού μέσω της σηματοδότησης της πρωτεΐνης G. Συγκεκριμένα, η PTH σηματοδοτεί τη διάσπαση και την απελευθέρωση του ασβεστίου από τα οστά στην κυκλοφορία του αίματος, ενώ η Καλσιτονίνη σηματοδοτεί την πρόσληψη ασβεστίου. Αυτά τα μονοπάτια χρησιμοποιούν επίσης το cAMP ως δευτερεύοντα αγγελιοφόρο.
• Μυρωδιά (Olfaction)
  • Τα μόρια οσμής ενεργοποιούν τους οσφρητικούς νευρώνες μέσω της σηματοδότησης της πρωτεΐνης G, που είναι ο τρόπος με τον οποίο οι οργανισμοί μπορούν να μυρίσουν. Αυτά τα μονοπάτια χρησιμοποιούν επίσης το cAMP ως δευτερεύοντα αγγελιοφόρο.
• Ρύθμιση της αρτηριακής πίεσης
  • Η βαζοπρεσίνη (γνωστή και ως αντιδιουρητική ορμόνη ή ADH) ενεργοποιεί τα κύτταρα στα αιμοφόρα αγγεία να συστέλλονται, αυξάνοντας την αρτηριακή πίεση, μέσω της σηματοδότησης της πρωτεΐνης G. Αυτή η οδός χρησιμοποιεί τριφωσφορική ινοσιτόλη (IP3) και διακυλογλυκερόλη (DAG) ως δευτερεύοντες αγγελιοφόρους.
• Κανονισμός καρδιακών παλμών
  • Η ακετυλοχολίνη επιβραδύνει τον καρδιακό ρυθμό αλληλεπιδρώντας με τις πρωτεΐνες των συζευγμένων υποδοχέων G στην καρδιά. Αυτή η οδός περιλαμβάνει την άλφα υπομονάδα που διαχωρίζεται από τις υπομονάδες βήτα και γάμμα της πρωτεΐνης G για να ενεργοποιήσει ανεξάρτητα ένζυμα που παράγουν δευτερεύοντα αγγελιοφόρο.