Gタンパク質共役型受容体シグナル伝達

Gタンパク質共役型受容体は、細胞表面受容体の中で最大のファミリーであり、ヘテロ三量体Gタンパク質を介して細胞内エフェクターにシグナルを伝達します。

Definition

Gタンパク質共役型受容体シグナル伝達とは、リガンドによって活性化された7回膜貫通型受容体が、ヘテロ三量体Gタンパク質に対するグアニンヌクレオチド交換因子として機能し、そのサブユニットが下流のエフェクターを調節するプロセスです。

Scope

このトピックでは、Gタンパク質共役型受容体の7回膜貫通型構造、ヘテロ三量体Gタンパク質の活性化サイクル、アデニル酸シクラーゼやホスホリパーゼCなどの調節するエフェクター、およびこれらの経路が増幅・終結する仕組みについて扱います。

Core questions

• Gタンパク質共役型受容体はどのようにGタンパク質を活性化するのですか？
• Gタンパク質αサブユニットとβ-γサブユニットの役割は何ですか？
• これらの経路はどのエフェクターとセカンドメッセンジャーを制御しますか？
• Gタンパク質シグナル伝達はどのように停止するのですか？

Key theories

分子スイッチとしてのGタンパク質

活性化された受容体は、Gタンパク質αサブユニット上のGDPとGTPの交換を触媒し、Gタンパク質をオンにしてエフェクターを調節します。その後、Gタンパク質自身のGTPase活性によってオフ状態に戻ります。

Mechanisms

リガンド結合は7回膜貫通型受容体のコンフォメーションを変化させ、Gタンパク質αサブユニット上のGDPからGTPへの交換を促進し、β-γ二量体からの解離を引き起こします。活性化されたサブユニットは、サイクリックAMPを生成するアデニル酸シクラーゼや、イノシトール三リン酸とジアシルグリセロールを生成するホスホリパーゼCなどのエフェクターを調節します。シグナルはカスケードを介して増幅され、αサブユニットがGTPを加水分解して再結合する際に終結します。この過程は調節タンパク質や受容体の脱感作によって助けられます。

Clinical relevance

これらの受容体は、非常に広範囲のシグナルに対する応答を仲介し、Gタンパク質のスイッチのような論理を示しており、細胞シグナル伝達における中心的なモデルとなっています。ここでの扱いは記述的であり、処方的なものではありません。

History

ロッドベルとギルマンは、Gタンパク質が受容体とエフェクターを結びつけるトランスデューサーであることを確立しました。その後、レフコウィッツとコビルカが受容体構造と活性化された受容体-Gタンパク質複合体を定義し、この経路の分子像を完成させました。

Key figures

• Alfred Gilman
• Martin Rodbell
• Robert Lefkowitz
• Brian Kobilka

Seminal works

• gilman1987
• alberts2014

Frequently asked questions

Gタンパク質は何をしますか？

Gタンパク質は分子スイッチとして機能し、GTPに結合するとオンになり、GTPをGDPに加水分解するとオフになります。活性状態にある間、受容体からのシグナルをエフェクター酵素に伝達します。

これらの受容体はどのようなセカンドメッセンジャーを誘発しますか？

経路によって異なりますが、一般的にはアデニル酸シクラーゼを介してサイクリックAMPを増加させるか、ホスホリパーゼCを介してイノシトール三リン酸とジアシルグリセロールを生成し、それがさらにカルシウムを放出します。