G béta -gamma komplex - G beta-gamma complex

Ezt a heterotrimer G -proteint elméleti lipidhorgonyai illusztrálják. A GDP fekete. Az alfa lánc sárga. A béta-gamma komplex kék színű. A membrán szürke.

A G béta-gamma komplex (G _γγ ) egy szorosan kötött dimer fehérje komplex, amely egy G _β és egy G _γ alegységből áll, és a heterotrimer G fehérjék összetevője . A heterotrimer G-fehérjék, más néven guanozin-nukleotid-kötő fehérjék, három alegységből állnak, az úgynevezett alfa , béta és gamma alegységekből , vagy G _α , G _β és G _γ . Amikor egy G-fehérjéhez kapcsolt receptor (GPCR) aktiválódik, a G _α disszociál a G _γγ-ból , lehetővé téve mindkét alegység számára, hogy elvégezze a megfelelő jelző hatását. A G _βγ egyik fő funkciója a G _α alegység gátlása .

Történelem

A G fehérje komplex egyes alegységeit először 1980 -ban azonosították, amikor az adenilát -cikláz szabályozó komponensét sikeresen tisztították, és három különböző molekulatömegű polipeptidet kaptak . Kezdetben úgy gondolták, hogy a G _α , a legnagyobb alegység, a fő effektor szabályozó alegység, és hogy a G _βγ nagyrészt felelős a G _α alegység inaktiválásáért és a membránkötés fokozásáért. Később azonban felfedezték a G _βγ jelátviteli hatásait, amikor a tisztított _Gβ komplexről kiderült, hogy aktiválja a szív muszkarin K+ csatornáját . Röviddel ezután kiderült, hogy az élesztőben a párosodási faktor receptorhoz kapcsolt G-fehérjével társított _Gβ- komplex feromonválaszt indít el . Bár ezek a hipotézisek kezdetben ellentmondásosak voltak, azóta kimutatták, hogy a G _{βγ pontosan} annyi fehérjecélt szabályoz, mint a G _α alegység.

A közelmúltban vizsgálták a G _βγ komplex lehetséges szerepét a retina rúd fotoreceptorokban , néhány bizonyítékkal a G _α inaktiváció fenntartására. Ezeket a következtetéseket azonban fiziológiás körülmények között végzett in vitro kísérletekből vonták le, és a G _βγ komplex élettani szerepe a látásban még mindig nem világos. Mindazonáltal a közelmúltbeli in vivo eredmények azt mutatják, hogy a transzducin G _γγ komplex szükséges a rúd fotoreceptorok működéséhez gyenge fényviszonyok mellett.

Szerkezet

A G _βγ alegység egy dimer, amely két polipeptidből áll, azonban funkcionálisan monomerként működik, mivel az egyes alegységek nem különülnek el, és nem találták egymástól független működésüket. A G _β alegység a fehérjék β-propellercsaládjának tagja, amelyek jellemzően 4-8 párhuzamos anti-β-lappal rendelkeznek, amelyek propeller alakúak. A G _β 7 lapátos β-propellert tartalmaz, mindegyik lapát egy központi tengely körül helyezkedik el, és 4 párhuzamos anti- β-lapból áll . Az aminosav-szekvencia 7 WD ismétlési motívumot tartalmaz, amelyek körülbelül 40 aminosavat tartalmaznak, mindegyik erősen konzervált, és a Trp-Asp dipeptidet tartalmazza, amely az ismétlés nevét adja. A G _γ alegység lényegesen kisebb, mint G _β , és önmagában instabil, ezért a G _β -val való kölcsönhatás összecsukásához szükséges, ami megmagyarázza a dimer szoros összefüggését. A G _βγ dimerben a G _γ alegység körülveszi a G _β külsejét , kölcsönhatásba lép hidrofób asszociációkon keresztül, és nem mutat harmadlagos kölcsönhatást önmagával. A két alegység N -terminális spirális doménjei egy tekercselt tekercset alkotnak egymással, amely jellemzően a dimer magjától távolodik. A mai napig 5 β- és 11 γ-alegység gént azonosítottak, és emlősökben. A G _β gének nagyon hasonló szekvenciákkal rendelkeznek, míg a G _γ génekben szignifikánsan nagyobb eltérés figyelhető meg , ami azt jelzi, hogy a G _βγ dimer funkcionális specifitása függhet az érintett G _y alegység típusától . További szerkezeti érdekesség az úgynevezett „hotspot” felfedezése a G _βγ dimer felületén ; a fehérje egy specifikus helye, amely a peptidek széles skálájához kötődik, és úgy gondolják, hogy hozzájárul a _Gβγ képességéhez, hogy kölcsönhatásba lépjen az effektorok széles skálájával.

Szintézis és módosítás

Az alegységek szintézise a citoszolban történik . Úgy gondolják, hogy a β-alegység összehajtását a chaperone CCT (farok nélküli komplex polipeptid 1-et tartalmazó chaperonin) segíti , ami szintén megakadályozza a hajtogatott alegységek aggregációját. Egy második chaperon, a PhLP (foszducin-szerű fehérje) kötődik a CCT/G _β komplexhez, és foszforileződik, lehetővé téve a CCT disszociációját és G _y kötődését. Végül felszabadul a PhLP, feltárva a G _α kötési helyét , lehetővé téve a végső trimer képződését az endoplazmatikus retikulumban , ahol a plazmamembránra irányul . G _γ alegységek ismert, hogy prenilezett (kovalensen hozzáadásával módosított lipid molekularészek), mielőtt hozzáadtuk a G _β , amely önmagában nem találtak módosítani kell. Úgy gondolják, hogy ez a preniláció részt vesz az alegység kölcsönhatásának irányításában mind a membrán lipidekkel, mind más fehérjékkel.

Funkció

A G _βγ komplex elengedhetetlen eleme a GPCR jelátviteli kaszkádnak. Két fő állapota van, amelyekhez különböző funkciókat lát el. Amikor G _γγ kölcsönhatásba lép a G _α -val , negatív szabályozóként működik. A heterotrimer formában a G _βγ dimer növeli a G _α affinitását a GDP -hez , ami miatt a G fehérje inaktív állapotba kerül. Ahhoz, hogy a G _α alegység aktívvá váljon, a nukleotidcserét a GPCR -nek kell indukálnia. Tanulmányok kimutatták, hogy a G _βγ dimer bizonyítja a megfelelő receptor specifitását, és hogy a G _y alegység ténylegesen fokozza a G _α alegység és a GPCR közötti kölcsönhatást . A GPCR -t egy extracelluláris ligandum aktiválja, majd aktiválja a G -fehérje heterotrimert azáltal, hogy konformációs változást okoz a G _α alegységben. Ez okozza a GDP GTP -vel való felváltását, valamint a G _α és a G _βγ komplex fizikai disszociációját .

Elválasztásuk után mind a G, mind _a G _γγ szabadon részt vehetnek saját jelzőútjaikon. A G _βγ semmilyen konformációs változáson nem megy keresztül, amikor elkülönül a G _α -tól, és jelzőmolekulaként működik, mint dimer. A G _βγ dimerről kiderült, hogy fehérje-fehérje kölcsönhatás révén számos különböző effektor molekulával kölcsönhatásba lép . A G _β és G _γ altípusok különböző kombinációi befolyásolhatják a különböző effektorokat, és kizárólag vagy szinergikusan működhetnek a G _α alegységgel.

A G _βγ jelátvitel sokféle, gátolva vagy aktiválva számos downstream eseményt attól függően, hogy milyen interakcióban van a különböző effektorokkal. A kutatók felfedezték, hogy a G _γγ szabályozza az ioncsatornákat , mint például a G-fehérje által befelé irányuló egyenirányító csatornákat , valamint a kalciumcsatornákat . A humán PBMC-t , G _βγ komplex kimutatták, hogy aktiválja foszforilációját ERK1 / 2 . A G _βγ jelátvitel másik példája az adenilil -cikláz aktiválása vagy gátlása, ami a másodlagos hírvivő ciklikus AMP intracelluláris növekedéséhez vagy csökkenéséhez vezet . A G _βγ jelzés további példáit lásd a táblázatban. A G _βγ jelátvitel teljes mértékét azonban még nem fedezték fel.

Orvosi vonatkozások

Gyógyszertervezés

A G _βγ alegység sokféle szerepet játszik a sejtjelző folyamatokban, és mint ilyen kutatók most megvizsgálják annak lehetőségeit, mint terápiás gyógyszercélpontot számos egészségügyi állapot kezelésére. Azonban fel kell ismerni, hogy a G _βγ alegységet célzó gyógyszer tervezésekor számos szempontot kell szem előtt tartani :

1. A G _βγ alegység elengedhetetlen a heterotrimer G fehérje kialakulásához a G _a alegységhez való kapcsolódása révén, lehetővé téve a G fehérjék GPCR -hez való kapcsolódását. Ezért a G _βγ alegységek jelátviteli hatásait gátló szerek nem zavarhatják a heterotrimer G fehérjeképződést vagy a G _a alegység jelátvitelt.
2. A G _βγ expresszió univerzális a test szinte minden sejtjében, így bármely, az alegységet gátló szer számos mellékhatást válthat ki.
3. Azok a kis molekulájú inhibitorok, amelyek a _Gβγ specifikus effektorokhoz való kapcsolását célozzák, és nem zavarják a G -fehérje normális ciklusát/ heterotrimer képződését, potenciálisan terápiás szerekként működhetnek bizonyos betegségek kezelésében.

A G _βγ alegység célzása a kezelésben

Kutatásokat végeztek arról, hogy a G _βγ alegységek hatásainak megváltoztatása hogyan lehet előnyös bizonyos betegségek kezelésére. A G _βγ jelátvitelt különböző körülmények között, például szívelégtelenségben , gyulladásban és leukémiában játszott szerepére vizsgálták .

Szív elégtelenség

A szívelégtelenséget a β -adrenerg receptor (βAR) jelátvitelének elvesztése jellemezheti a szívsejtekben. Ha a βAR -t katekolaminok , például adrenalin és noradrenalin stimulálják, általában a szív összehúzódása nő. Szívelégtelenségben azonban a katekolaminok tartós és emelkedett szintje van, ami a βAR receptor krónikus deszenzibilizációját eredményezi . Ez a szívösszehúzódások erősségének csökkenéséhez vezet. Egyes kutatások azt sugallják, hogy ez a krónikus deszenzibilizáció egy kináz, a G-fehérjéhez kapcsolt receptor-kináz 2 (GRK2) túlzott aktivációjának köszönhető , amely bizonyos G-fehérjéhez kapcsolt receptorokat foszforilál és deaktivál. Amikor a G -fehérjéhez kapcsolt receptor aktiválódik, a _Gβγ alegység GRK2 -t toboroz, amely ezután foszforilálja és deszenzibilizálja a GPCR -eket, mint a βAR. Ezért a βγ alegység és a GRK2 kölcsönhatásának megakadályozását tanulmányozták, mint potenciális célpontot a szív összehúzó funkciójának növelésére. A kifejlesztett GRK2ct molekula egy fehérje inhibitor, amely gátolja a G _βγ alegység jelző tulajdonságait, de nem zavarja az alfa alegység jelátvitelt. A GRK2ct túlzott expressziójáról kimutatták, hogy jelentősen megmenti a szívműködést az egér szívelégtelenség modelljeiben a G _βγ alegység jelátvitelének blokkolásával . Egy másik vizsgálatban szívelégtelenségben szenvedő betegektől vettek biopsziát, és a szív myocytáiban a GRK2ct vírusos indukálta túlzott expressziója volt . Más tesztek a szívsejtek összehúzódási funkciójának javulását mutatták a G _βγ gátlásával .

Gyulladás

Ha bizonyos GPCR -eket specifikus kemokinjeik aktiválnak, a G _βγ közvetlenül aktiválja a PI3K γ -t, amely részt vesz a gyulladáshoz hozzájáruló neutrofilek toborzásában . Felfedezték, hogy a PI3Kγ gátlása jelentősen csökkenti a gyulladást. A PI3Kγ a tervezett célmolekula a gyulladás megelőzésében, mivel a gyulladás elősegítésében részt vevő számos kemokin és receptor típus közös jelzőhatása. Bár a PI3Kγ a célpont, a PI3 -nak vannak más izoformái is , amelyek a PI3Kγ -tól eltérő funkciókat látnak el. Mivel PI3Ky specifikusan szabályozzák a G _βγ , míg más izoformái PI3 nagymértékben szabályozza más molekulák, gátlására Gβγ jelző így a kívánt specifitást egy terápiás szer célja, gyulladások kezelésére.

Leukémia

A G _βγ alegységről kimutatták, hogy aktiválja a Rho guanin nukleotidcsere -faktor (RhoGef) PLEKHG2 génjét, amely számos leukémia sejtvonalban és leukémia egérmodellben felül van szabályozva . Limfocita kemotaxis eredményeként Rac és a CDC42 -aktiválást, valamint aktin polimerizációt úgy gondoljuk, hogy szabályozza a G _βγ aktivált RhoGef. Ezért a _Gβγ gátló gyógyszer szerepet játszhat a leukémia kezelésében.

Hivatkozások