G -beeta -gammakompleksi - G beta-gamma complex

Tämä heterotrimeerinen G -proteiini on kuvattu sen teoreettisilla lipidiankkureilla. BKT on musta. Alfa -ketju on keltainen. Beeta-gamma-kompleksi on sininen. Kalvo on harmaa.

G beta-gamma-kompleksi (G _βγ ) on tiukasti sidoksissa dimeerisen proteiinin kompleksi, joka koostuu yhdestä G: _β ja yksi G _γ -alayksikön, ja on osa heterotrimeeristen G-proteiinien . Heterotrimeeriset G-proteiinit, joita kutsutaan myös guanosiininukleotidia sitoviksi proteiineiksi, koostuvat kolmesta alayksiköstä, joita kutsutaan alfa- , beeta- ja gamma-alayksiköiksi tai G _a , G _β ja G _y . Kun G-proteiinikytketty reseptori (GPCR) aktivoidaan, G _a dissosioituu _{Gβγ: sta} , jolloin molemmat alayksiköt voivat suorittaa vastaavat signaalivaikutuksensa . Yksi G _γγ: n tärkeimmistä tehtävistä on G _{α -yksikön} estäminen .

Historia

G -proteiinikompleksin yksittäiset alayksiköt tunnistettiin ensimmäisen kerran vuonna 1980, kun adenylaattisyklaasin säätelykomponentti puhdistettiin onnistuneesti, jolloin saatiin kolme eri molekyylipainon omaavaa polypeptidiä . Aluksi ajateltiin, että G _α , suurin alayksikkö, oli tärkein efektori -säätelyalayksikkö ja että G _βγ oli suurelta osin vastuussa G _α -yksikön inaktivoinnista ja kalvon sitoutumisen tehostamisesta. Kuitenkin G _{γγ: n} loppuvaiheen signalointivaikutukset havaittiin myöhemmin, kun puhdistetun _Gβ -kompleksin havaittiin aktivoivan sydämen muskariinisen K+ -kanavan . Pian tämän jälkeen hiivan parittelutekijäreseptoriin kytketyn G-proteiinin liittyvän _Gβ- kompleksin havaittiin käynnistävän feromonivaste . Vaikka nämä hypoteesit olivat alun perin kiistanalaisia, _{Gβγ: n} on sen jälkeen osoitettu säätelevän suoraan yhtä monta eri proteiinikohdetta kuin G _α -yksikkö.

Äskettäin on tutkittu G _βγ -kompleksin mahdollisia rooleja verkkokalvon sauvan fotoreceptoreissa , ja joitakin todisteita G _α -inaktivaation ylläpitämisestä . Nämä johtopäätökset tehtiin kuitenkin in vitro -kokeista epäfysiologisissa olosuhteissa, ja G _βγ -kompleksin fysiologinen rooli _näkössä on edelleen epäselvä. Kuitenkin viimeaikaiset in vivo -havainnot osoittavat transduktiini G _γγ -kompleksin tarpeellisuuden sauvan fotoretseptorien toiminnassa heikossa valaistuksessa.

Rakenne

G _βγ alayksikkö on dimeeri, joka koostuu kahdesta polypeptidistä, mutta se toimii funktionaalisesti monomeerinä, kuten yksittäiset alayksiköt eivät erotu, ja ei ole havaittu toiminto itsenäisesti. G _β -alayksikkö on jäsen β-potkurin perheen proteiineja, jotka tyypillisesti oltava 4-8 antiparalleelisen β-arkit on järjestetty muotoon potkurin. G _β sisältää 7-lapaisen β-potkurin, joista jokainen on järjestetty keskiakselin ympärille ja koostuu neljästä rinnakkaisesta β-levystä . Aminohapposekvenssi sisältää 7 WD-toistomotiivia, joissa on noin 40 aminohappoa, joista jokainen on erittäin konservoitunut ja sisältää Trp-Asp-dipeptidin, joka antaa toistolle sen nimen. G _γ -alayksikkö on huomattavasti pienempi kuin G _β , ja on epävakaa omasta, jotka edellyttävät vuorovaikutusta G _β taittaa, selittää tiiviissä dimeerin. G _γγ -dimeerissä G _-y -alayksikkö kiertyy G _β: n ulkopuolelle vuorovaikutuksessa hydrofobisten yhdistysten kautta, eikä sillä ole tertiääristä vuorovaikutusta itsensä kanssa. Kahden alayksikön N -pään kierteiset domeenit muodostavat toistensa kanssa kelatun kelan , joka tyypillisesti ulottuu poispäin dimeerin ytimestä. Tähän mennessä 5 β-alayksikköä ja 11 y-alayksikkögeeniä on tunnistettu nisäkkäillä. G _β -geenit ovat hyvin samanlaisten sekvenssien, kun taas huomattavasti suurempi vaihtelu näkyy G _γ geenejä, mikä osoittaa, että funktionaalinen spesifisyys G _βγ dimeeri voi olla riippuvainen siitä, minkä tyyppistä G _γ -alayksikön mukana. Rakenteellista _{lisäetua herättää} niin kutsutun "hotspotin" löytäminen G _{βγ -dimeerin} pinnalla ; proteiinin spesifinen kohta, joka sitoutuu monenlaisiin peptideihin ja jonka uskotaan vaikuttavan tekijään _Gβγ : n kykyyn olla vuorovaikutuksessa monenlaisten efektorien kanssa.

Synteesi ja muutos

Alayksiköiden synteesi tapahtuu sytosolissa . Β-alayksikön taittumista uskotaan avustavan chaperoni CCT (chaperoniini, joka sisältää hännätöntä kompleksia sisältävää polypeptidiä 1), mikä estää myös taitettujen alayksiköiden aggregaation. Toinen kaperonin, PhLP (phosducin kaltainen proteiini), sitoutuu CTT / G _β monimutkainen, ja on fosforyloitu, jolloin CCT erottaa ja G _γ ja sitoa. Lopuksi, PhLP vapautetaan, paljastaen sitoutumiskohta G _α , mikä mahdollistaa lopputuotteiden muodostumisen trimeerin on solulimakalvostoon , jossa se on suunnattu solukalvoon . G _γ -alayksiköt tiedetään Prenyloitu (kovalenttisesti modifioitu lisäämällä lipidiosien) ennen lisäämistä G _β , joka itse ei ole havaittu muutettava. Tämän prenylaation uskotaan liittyvän alayksikön vuorovaikutuksen ohjaamiseen sekä kalvon lipidien että muiden proteiinien kanssa.

Toiminto

G _βγ -kompleksi on olennainen osa GPCR -signalointikaskadia. Siinä on kaksi päätilaa, joille se suorittaa erilaisia ​​toimintoja. Kun G _βγ on vuorovaikutuksessa G _{α: n kanssa,} se toimii negatiivisena säätelijänä. Heterotrimeerimuodossa _Gβγ -dimeeri lisää G _a : n affiniteettia BKT : hen , mikä saa G -proteiinin olemaan inaktiivisessa tilassa. Jotta G _α -yksikkö aktivoituisi, GPCR: n on indusoitava nukleotidivaihto. Tutkimukset ovat osoittaneet, että juuri G _γγ -dimeeri osoittaa spesifisyyden sopivalle reseptorille ja että G _-y -alayksikkö todella parantaa G _-a -alayksikön vuorovaikutusta GPCR: n kanssa. GPCR aktivoituu solunulkoinen ligandia ja sen jälkeen aktivoi G-proteiinin heterotrimeerin aiheuttamalla konformationaalisen muutoksen G _α -alayksikön. Tämä aiheuttaa BKT: n korvaamisen GTP: llä sekä G _{α: n} ja G _βγ -kompleksin fyysisen dissosiaation .

Erottamisen jälkeen sekä G _α että G _γγ voivat vapaasti osallistua omiin erillisiin signalointireitteihinsä. G _βγ ei käy läpi mitään konformaatiomuutoksia, kun se irtautuu G _{α: sta} ja toimii signaloivana molekyylinä dimeerinä. G _βγ dimeeri on havaittu vuorovaikutuksessa monien eri efektori molekyylien proteiini-proteiini-vuorovaikutuksia . G _β- ja G _γ -alatyyppien erilaiset yhdistelmät voivat vaikuttaa eri efektoreihin ja toimia yksinomaan tai synergistisesti G _α -yksikön kanssa.

G _γγ -signalointi on monipuolista, estäen tai aktivoimalla monia alavirtaan liittyviä tapahtumia riippuen sen vuorovaikutuksesta eri efektorien kanssa. Tutkijat ovat havainneet, että G _γγ säätelee ionikanavia , kuten G-proteiinia sisältäviä sisäänpäin suuntautuvia tasasuuntaajakanavia sekä kalsiumkanavia . Ihmisen PBMC , G _βγ kompleksi on osoitettu aktivoivan fosforylaation ERK1 / 2 . Toinen esimerkki _Gβγ -signaloinnista on sen vaikutus aktivoimalla tai estämällä adenylyylisyklaasia, mikä johtaa sekundaarisen lähettäjäsyklisen AMP: n solunsisäiseen lisääntymiseen tai vähenemiseen . Katso lisää esimerkkejä G _βγ -signaloinnista taulukosta. Kuitenkin G _γγ -signaloinnin koko laajuutta ei ole vielä löydetty.

Lääketieteelliset vaikutukset

Lääkkeen suunnittelu

G _βγ alayksikkö lähettää erilaisia rooleja solun signaloinnin prosessien ja sellaisenaan tutkijat tutkivat nyt sen potentiaali terapeuttisena lääkkeenä kohde hoitoon monet sairaudet. On kuitenkin tunnustettu, että on useita näkökohtia, jotka on pidettävä mielessä suunniteltaessa lääkettä, joka kohdistuu G _βγ -yksikköön:

1. G _βγ alayksikkö on olennaista muodostumista heterotrimeerisen G-proteiinin kautta yhdessä G- _α -alayksikön jolloin G-proteiinien kytkemiseksi GPCR. Siksi mikään aine, joka estää _Gβy -alayksiköiden signalointivaikutuksia, ei saa häiritä heterotrimeeristä G -proteiinin muodostumista tai G _-a -alayksikön signalointia.
2. G _βγ ilmentyminen on yleinen lähes koko solut elin niin mikä tahansa aine, joka toimii estämään tämän alayksikön voi saada lukuisia sivuvaikutuksia.
3. Pienimolekyylisillä estäjillä, jotka kohdistuvat _{Gβγ: n} kytkemiseen spesifisiin efektoriin eivätkä häiritse normaalia G -proteiinin kiertoa/ heterotrimeeristä muodostumista, on potentiaalia toimia terapeuttisina aineina joidenkin erityisten sairauksien hoidossa.

Kohdistaminen G _βγ -yksikköön hoidossa

On tutkittu, kuinka G _{βγ -yksiköiden} toiminnan muuttaminen voisi olla hyödyllistä tiettyjen sairauksien hoidossa. G _βγ signalointi on tutkittu sen rooli erilaisissa olosuhteissa, mukaan lukien sydämen vajaatoiminta , tulehdus ja leukemia .

Sydämen vajaatoiminta

Sydämen vajaatoiminnalle voi olla ominaista β -adrenergisen reseptorin (βAR) signaloinnin menetys sydänsoluissa. Kun βAR: ta stimuloivat katekoliamiinit , kuten adrenaliini ja noradrenaliini , sydämen supistuvuus lisääntyy normaalisti. Kuitenkin, sydämen vajaatoiminta, on jatkuvaa ja kohonneet katekoliamiinien, jotka johtavat krooninen siedätyshoito on βAR reseptorin. Tämä johtaa sydämen supistusten voimakkuuden heikkenemiseen. Jotkut tutkimukset viittaavat siihen, että tämä krooninen herkistyminen johtuu kinaasin, G-proteiiniin kytketyn reseptorikinaasi 2: n (GRK2), liiallisesta aktivaatiosta, joka fosforyloi ja deaktivoi tiettyjä G-proteiinikytkettyjä reseptoreita. Kun G-proteiiniin kytkeytynyt reseptori aktivoituu, G _βγ alayksikköä rekrytoi GRK2 joka sitten fosforyloi ja desensitizes GPCR: t, kuten βAR. Siksi βγ -alayksikön ja GRK2: n välisen vuorovaikutuksen estämistä on tutkittu potentiaalisena kohteena sydämen supistumistoiminnan lisäämiselle. Kehittyneiden molekyyli GRK2ct on proteiini-inhibiittori, joka estää signaloinnin ominaisuudet G _βγ alayksikön, mutta se ei häiritse alfa-alayksikön signalointia. GRK2ct: n yli -ilmentymisen on osoitettu pelastavan merkittävästi sydämen toimintaa hiiren sydämen vajaatoimintamalleissa estämällä _Gp -alayksikön signalointia. Toisessa tutkimuksessa, koepalat otettiin sydämen vajaatoimintaa sairastavilla potilailla ja virusten indusoi yli-ilmentyminen GRK2ct sydämessä myocytes . Muut testit osoittivat parannusta sydänsolujen supistumistoiminnassa estämällä _{Gβy: tä} .

Tulehdus

Kun erityisesti GPCR aktivoidaan niiden erityiset kemokiinien G _βγ suoraan aktivoi PI3K: γ, joka on osallisena rekrytointi neutrofiilien , jotka edistävät tulehdusta. On havaittu, että PI3Ky: n esto vähentää merkittävästi tulehdusta. PI3Ky on tarkoitettu kohdemolekyyli tulehduksen ehkäisyyn, koska se on yhteinen signalointitehos- ta monille erilaisille tulehduksen edistämiseen osallistuville kemokiini- ja reseptorityypeille. Vaikka PI3Ky on tarkoitettu kohde, on muitakin PI3: n isomuotoja , jotka suorittavat erilaisia ​​toimintoja kuin PI3Kγ. Koska PI3Ky: tä säätelee spesifisesti _Gpγ , kun taas muita PI3: n isomuotoja säätelevät suurelta osin muut molekyylit, Gβγ -signaloinnin estäminen antaisi halutun spesifisyyden tulehduksen hoitoon tarkoitetulle terapeuttiselle aineelle.

Leukemia

G _βγ alayksikön on osoitettu aktivoivan Rho guaniininukleotidivaihtotekijöiden tekijä (RhoGef) -geenin PLEKHG2 joka on lisääntyy useissa leukemiasolulinjoissa ja hiirimalleissa leukemia. Lymfosyytti kemotaksis seurauksena Rac ja cdc42 aktivointi sekä aktiinin polymeroitumisen uskotaan säätelevät G _βγ aktivoitu RhoGef. Siksi lääkkeellä, joka estää _{Gpy: tä,} voi olla rooli leukemian hoidossa.

Viitteet