シグナル伝達

シグナル伝達とは、受容体で検出されたシグナルを、細胞応答を生み出す一連の細胞内分子イベントに変換する化学反応のことである。

Definition

シグナル伝達とは、受容体の活性化が、しばしばコンフォメーション変化、GTP加水分解、およびタンパク質リン酸化を介して、トランスデューサータンパク質およびエフェクタータンパク質に伝達され、細胞内応答を生成するプロセスである。

Scope

このトピックでは、シグナル伝達経路の構造、Gタンパク質共役型受容体や受容体型チロシンキナーゼを含む主要な受容体クラス、分子スイッチとしてのGタンパク質の役割、リン酸化カスケード、およびシグナル伝達を終結させリセットするメカニズムについて扱う。

Core questions

• Gタンパク質共役型受容体はどのように膜を越えてシグナルを伝達するのか？
• Gタンパク質はどのように分子スイッチとして機能するのか？
• 受容体型チロシンキナーゼはどのようにシグナル伝達を開始するのか？
• シグナル伝達カスケードを終結させるものは何か？

Key theories

分子スイッチとしてのGタンパク質

ギルマンらは、GTP結合タンパク質が活性なGTP結合状態と不活性なGDP結合状態の間で切り替わり、受容体からエフェクターへシグナルを伝達し、内在性のGTP加水分解によってオフになることを確立した。

Mechanisms

リガンド結合は受容体のコンフォメーションを変化させる。Gタンパク質共役型受容体は、Gタンパク質上でのGDPからGTPへの交換を触媒し、活性化されたサブユニットは、GTPがGDPに加水分解されて戻るまでエフェクター酵素を調節する。一方、受容体型チロシンキナーゼは二量体化して自己リン酸化し、シグナル伝達複合体を集合させ、リン酸化カスケードを開始するドッキング部位を形成する。各ステップはシグナルを増幅する可能性があり、GTP加水分解、ホスファターゼ、および受容体の脱感作によってシステムは休止状態に戻る。

Clinical relevance

シグナル伝達は、ケミカルバイオロジーの中心である分子スイッチングと認識を例示し、分子プローブ設計の概念的基礎を提供する。この扱いはメカニズム的であり、処方的なものではない。

History

ロッドベルは受容体-トランスデューサー-エフェクターの論理を提唱し、ギルマンはGタンパク質を同定し特徴づけた。その後、レフコウィッツによる受容体構造と調節に関する研究を含む後続の研究により、これらの受容体がどのように活性化され、脱感作されるかの詳細が明らかになった。

Key figures

• Alfred Gilman
• Martin Rodbell
• Robert Lefkowitz

Seminal works

• gilman1987
• nelson2021

Frequently asked questions

Gタンパク質とは何か？

Gタンパク質とは、GTP結合タンパク質であり、分子スイッチとして機能する。GTPに結合しているときに活性化され、GTPをGDPに加水分解すると不活性化され、受容体から下流のエフェクターへシグナルを伝達する。

受容体型チロシンキナーゼはGタンパク質共役型受容体とどのように異なるのか？

受容体型チロシンキナーゼは内在性の酵素活性を持ち、二量体化してチロシンをリン酸化することでシグナルを伝達する。一方、Gタンパク質共役型受容体は、別個のGタンパク質を活性化することで間接的にシグナルを伝達する。