กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 28 นาที

ตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีนจี

เปลี่ยนทางจากคำที่เกี่ยวข้อง

ตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีน G ( GPCRs ) หรือที่รู้จักกันในชื่อตัวรับโดเมนทรานส์เมมเบรนเจ็ดครั้ง (seven-(pass)-transmembrane domain receptors) , ตัวรับ 7TM , ตัว รับเฮปตา เฮลิคอล (.

ตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีนจี

จีพีซีอาร์
ตัวระบุ
เครื่องหมาย7tm_1
พีแฟมพีเอฟ00001
ตระกูลพีแฟมซีแอล0192
อีโคด5001.1.1
อินเตอร์โปรIPR000276
โปรไซต์PDOC00210
ทีซีดีบี9.A.14
ซูเปอร์แฟมิลี OPM6
โปรตีน OPM1 กรัม
ซีดีดีซีดี14964
โครงสร้างโปรตีนที่มีอยู่:
พีดีบี  IPR000276 PF00001 ( ECOD ; PDBsum )  
อัลฟาโฟลด์
  • IPR000276
  • พีเอฟ00001
โครงสร้างอัลฟาเฮลิกซ์เจ็ดส่วนที่ทะลุผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ของโรดอปซินจากวัว

ตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีน G ( GPCRs ) หรือที่รู้จักกันในชื่อตัวรับโดเมนทรานส์เมมเบรนเจ็ดครั้ง (seven-(pass)-transmembrane domain receptors) , ตัวรับ 7TM , ตัว รับเฮปตา เฮลิคอล ( heptahelical receptors) , ตัวรับเซอร์เพนไทน์ ( serpentine receptors ) และ ตัวรับที่เชื่อมโยงกับ โปรตีน G ( GPLR ) เป็น กลุ่มโปรตีนที่มีความสัมพันธ์กันทางวิวัฒนาการจำนวนมากซึ่งเป็นตัวรับบนพื้นผิวเซลล์ที่ตรวจจับโมเลกุลภายนอกเซลล์และกระตุ้นการตอบสนองของเซลล์ พวกมันเชื่อมต่อกับ โปรตีน G พวกมันผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เจ็ดครั้งในรูปแบบของลูปหกอัน[ 2 ] ( ลูปภายนอกเซลล์สามอันที่ทำปฏิกิริยากับ โมเลกุล ลิแกนด์ลูปภายในเซลล์สามอันที่ทำปฏิกิริยากับโปรตีน G บริเวณภายนอกเซลล์ปลาย N และ บริเวณภายในเซลล์ปลาย C [ 2 ] ) ของกรดอะมิโนซึ่งเป็นเหตุผลที่บางครั้งเรียกพวกมันว่าตัวรับทรานส์เมมเบรนเจ็ดครั้ง[ 3 ]ลิแกนด์สามารถจับกับปลาย N-terminus และลูปภายนอกเซลล์ (เช่น ตัวรับกลูตาเมต) หรือจับกับตำแหน่งการจับภายในเฮลิกซ์ทรานส์เมมเบรน ( ตระกูลคล้าย โรดอปซิน ) ลิแกนด์ทั้งหมดจะถูกกระตุ้นด้วยสารกระตุ้นแม้ว่าจะมีการสังเกตการกระตุ้นตัวเองโดยธรรมชาติของตัวรับที่ว่างเปล่าด้วยก็ตาม[ 3 ] 

ตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีน G พบได้เฉพาะในยูคาริโอตรวมถึงยีสต์และโคอาโนแฟลเจลเลต [ 4 ] ลิแกนด์ที่จับและกระตุ้นตัวรับเหล่านี้ ได้แก่ สารประกอบที่ไวต่อแสงกลิ่น ฟีโรโมนฮอร์โมนและสารสื่อประสาทขนาดของลิแกนด์เหล่านี้แตกต่างกันไปตั้งแต่โมเลกุลขนาดเล็กไปจนถึงเปปไทด์และโปรตีน ขนาดใหญ่ ตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีน G มีส่วนเกี่ยวข้องกับโรคต่างๆ มากมาย

มีเส้นทางการส่งสัญญาณหลักสองเส้นทางที่เกี่ยวข้องกับตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีน G:

เมื่อลิแกนด์จับกับ GPCR จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของ GPCR ซึ่งทำให้สามารถทำหน้าที่เป็นตัวแลกเปลี่ยนนิวคลีโอไทด์กัวนีน (GEF) ได้ จากนั้น GPCR สามารถกระตุ้นโปรตีน G ที่เกี่ยวข้องได้ โดยการแลกเปลี่ยนGDPที่จับกับโปรตีน G กับGTPหน่วยย่อย α ของโปรตีน G พร้อมกับ GTP ที่จับอยู่ สามารถแยกตัวออกจากหน่วยย่อย β และ γ เพื่อส่งผลต่อโปรตีนส่งสัญญาณภายในเซลล์หรือกำหนดเป้าหมายโปรตีนที่ทำหน้าที่โดยตรง ขึ้นอยู่กับชนิดของหน่วยย่อย α ( , Gαi / , Gαq , Gα12 ) [ 6 ] : 1160

GPCRs เป็นเป้าหมายยาที่สำคัญ และยาที่ได้รับการอนุมัติจากองค์การอาหารและยา (FDA) ประมาณ 34% [ 7 ]มีเป้าหมายที่สมาชิก 108 ตัวในกลุ่มนี้ ปริมาณการขายทั่วโลกของยาเหล่านี้คาดว่าจะอยู่ที่ 180 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2018[ 7 ]คาดว่า GPCRs เป็นเป้าหมายของยาประมาณ 50% ที่วางจำหน่ายอยู่ในปัจจุบัน ส่วนใหญ่เป็นเพราะมีส่วนเกี่ยวข้องกับเส้นทางการส่งสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับโรคต่างๆ มากมาย เช่น โรคทางจิต โรคเมตาบอลิซึม รวมถึงความผิดปกติของต่อมไร้ท่อ โรคภูมิคุ้มกัน รวมถึงการติดเชื้อไวรัส โรคหัวใจและหลอดเลือด โรคอักเสบ ความผิดปกติของระบบประสาทสัมผัส และมะเร็ง ความสัมพันธ์ที่ค้นพบมานานแล้วระหว่าง GPCRs กับสารภายในและภายนอกร่างกายหลายชนิด ซึ่งส่งผลให้เกิดการบรรเทาอาการปวด เป็นต้น ถือเป็นอีกหนึ่งสาขาการวิจัยทางเภสัชกรรมที่กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว[ 3 ]

ประวัติและความสำคัญ

ด้วยการค้นพบโครงสร้างแรกของสารประกอบเชิงซ้อนระหว่างตัวรับที่เชื่อมโยงกับโปรตีนจี (GPCR) และไตรเมอร์ของโปรตีนจี (Gαβγ) ในปี 2011 ทำให้เกิดบทใหม่ของการวิจัย GPCR สำหรับการศึกษาโครงสร้างของสวิตช์ระดับโลกที่มีโปรตีนมากกว่าหนึ่งชนิดถูกตรวจสอบ การค้นพบครั้งสำคัญก่อนหน้านี้เกี่ยวข้องกับการค้นพบโครงสร้างผลึกของ GPCR ตัวแรก คือ โรดอปซิน ในปี 2000 และโครงสร้างผลึกของ GPCR ตัวแรกที่มีลิแกนด์ที่แพร่กระจายได้ (β2AR ในปี 2007 วิธีการจัดเรียงเกลียวทรานส์เมมเบรนทั้งเจ็ดของ GPCR เป็นกลุ่มนั้นคาดเดาได้จากแบบจำลองความละเอียดต่ำของโรดอปซินจากกบจาก การศึกษา ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน แบบแช่แข็ง ของผลึกสองมิติ โครงสร้างผลึกของโรดอปซินที่ค้นพบในอีกสามปีต่อมานั้นไม่ได้เป็นเรื่องน่าประหลาดใจ ยกเว้นการมีเกลียวไซโตพลาสมิก H8 เพิ่มเติม และตำแหน่งที่แม่นยำของลูปที่ปกคลุมบริเวณที่จับกับเรตินัล อย่างไรก็ตาม มันได้จัดเตรียมโครงสร้างพื้นฐานซึ่งหวังว่าจะเป็นแม่แบบสากลสำหรับการสร้างแบบจำลองโฮโมโลยีและการออกแบบยาสำหรับ GPCR อื่นๆ ซึ่งเป็นแนวคิดที่พิสูจน์แล้วว่ามองโลกในแง่ดีเกินไป[ 8 ]

ผลลัพธ์ที่ได้ในอีก 7 ปีต่อมานั้นน่าประหลาดใจ เพราะการตกผลึกของตัวรับ β -adrenergic (β AR) ที่มีลิแกนด์ที่แพร่กระจายได้เผยให้เห็นรูปร่างของด้านนอกเซลล์ของตัวรับที่แตกต่างจากโรดอปซินอย่างมาก บริเวณนี้มีความสำคัญเพราะเป็นบริเวณที่รับผิดชอบในการจับลิแกนด์และเป็นเป้าหมายของยาหลายชนิด ยิ่งไปกว่านั้น บริเวณที่จับลิแกนด์นั้นกว้างขวางกว่าในโครงสร้างของโรดอปซินมากและเปิดออกสู่ภายนอก ในตัวรับอื่นๆ ที่ตกผลึกในเวลาต่อมาไม่นาน บริเวณที่จับลิแกนด์นั้นเข้าถึงได้ง่ายยิ่งขึ้น โครงสร้างใหม่ที่เสริมด้วยการตรวจสอบทางชีวเคมีได้เปิดเผยกลไกการทำงานของสวิตช์โมเลกุลซึ่งปรับเปลี่ยนโครงสร้างของตัวรับ ทำให้เกิดสถานะการกระตุ้นสำหรับตัวกระตุ้นหรือสถานะการปิดใช้งานอย่างสมบูรณ์หรือบางส่วนสำหรับตัวยับยั้งแบบผกผัน[ 3 ]

รางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2012 มอบให้แก่Brian KobilkaและRobert Lefkowitzสำหรับผลงานของพวกเขาซึ่ง "มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความเข้าใจว่าตัวรับที่เชื่อมโยงกับโปรตีน G ทำงานอย่างไร" [ 9 ]มีรางวัลโนเบลอย่างน้อยเจ็ดรางวัลที่มอบให้แก่แง่มุมต่างๆ ของการส่งสัญญาณผ่านโปรตีน G ณ ปี 2012 ยาที่ขายดีที่สุด 10 อันดับแรกของโลก 2 ชนิด ( Advair DiskusและAbilify ) ออกฤทธิ์โดยการกำหนดเป้าหมายที่ตัวรับที่เชื่อมโยงกับโปรตีน G [ 10 ]

การจำแนกประเภท

แผนการจำแนกประเภทของ GPCR ในปี 2549 นับตั้งแต่นั้นมา มีการค้นพบยีนเพิ่มขึ้นอีก คลาส A (คล้ายโรดอปซิน), คลาส B (คล้ายซีเครติน), คลาส C (คล้ายตัวรับกลูตาเมต), อื่นๆ (การยึดเกาะ (33), ฟริซเซิลด์ (11), รสชาติประเภท 2 (25), ไม่ได้จัดประเภท (23)) [ 11 ]

ขนาดที่แน่นอนของซูเปอร์แฟมิลี GPCR ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด แต่ มีการคาดการณ์ว่า ยีนของมนุษย์ อย่างน้อย 831 ยีน (หรือประมาณ 4% ของจีโนมที่เข้ารหัสโปรตีน ทั้งหมด ) เข้ารหัสสำหรับซูเปอร์แฟมิลีนี้จากการวิเคราะห์ลำดับจีโนม[ 11 ] [ 12 ]แม้ว่าจะ มีการเสนอแผนการจำแนกประเภทมากมาย แต่ซูเปอร์แฟมิลีนี้ถูกแบ่งออกเป็นสามคลาสหลัก (A, B และ C) โดยไม่มี ความคล้ายคลึงกันของลำดับที่ตรวจพบได้ระหว่างคลาส[ 13 ]

กลุ่มที่ใหญ่ที่สุดคือกลุ่ม A ซึ่งคิดเป็นเกือบ 85% ของยีน GPCR ในบรรดา GPCR กลุ่ม A มากกว่าครึ่งหนึ่งคาดว่าจะเข้ารหัสตัวรับกลิ่นในขณะที่ตัวรับที่เหลือจะถูกจับโดยสารประกอบภายในร่างกาย ที่รู้จัก หรือจัดอยู่ใน กลุ่ม ตัวรับกำพร้าแม้ว่าจะไม่มีความคล้ายคลึงกันของลำดับระหว่างกลุ่ม แต่ GPCR ทั้งหมดมีโครงสร้างและกลไกการส่งสัญญาณ ที่เหมือนกัน กลุ่ม โรดอปซิน A ขนาดใหญ่มากได้ถูกแบ่งย่อยออกเป็น 19 กลุ่มย่อย ( A1-A19 ) [ 14 ] 

ตามระบบ AF แบบคลาสสิก GPCR สามารถจัดกลุ่มได้เป็นหกคลาสตามความเหมือนกันของลำดับและความคล้ายคลึงกันของฟังก์ชัน: [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]

เมื่อไม่นานมานี้ มีการเสนอระบบการจำแนกประเภททางเลือกที่เรียกว่าGRAFS ( Glutamate , Rhodopsin , Adhesion , Frizzled / Taste2 , Secretin ) สำหรับ GPCR ของสัตว์มีกระดูกสันหลัง [ 11 ] ซึ่งสอดคล้องกับคลาสคลาสสิก C, A, B2, F และ B [ 19 ]

การศึกษาเบื้องต้นที่อิงตามลำดับดีเอ็นเอที่มีอยู่ชี้ให้เห็นว่าจีโนมของมนุษย์เข้ารหัสตัวรับที่เชื่อมโยงกับโปรตีน G ประมาณ 750 ตัว[ 20 ]ซึ่งประมาณ 350 ตัวตรวจจับฮอร์โมน ปัจจัยการเจริญเติบโต และลิแกนด์ภายในร่างกายอื่นๆ ประมาณ 150 ตัวของ GPCR ที่พบในจีโนมของมนุษย์มีหน้าที่ที่ไม่ทราบแน่ชัด

เซิร์ฟเวอร์เว็บบางส่วน[ 21 ]และวิธีการทำนายทางชีวสารสนเทศ[ 22 ] [ 23 ]ได้ถูกนำมาใช้เพื่อทำนายการจำแนกประเภทของ GPCR ตามลำดับกรดอะมิโนเพียงอย่างเดียว โดยใช้แนวทางองค์ประกอบกรดอะมิโนเทียม

บทบาททางสรีรวิทยา

GPCR มีส่วนเกี่ยวข้องในกระบวนการทางสรีรวิทยาที่หลากหลาย ตัวอย่างบทบาททางสรีรวิทยาของ GPCR ได้แก่:

  1. ประสาทรับภาพ: ออปซินใช้ ปฏิกิริยา โฟโตไอโซเมอไรเซชันเพื่อแปลงรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสัญญาณเซลล์ ตัวอย่างเช่น โรดอปซินใช้การแปลง11-cis -retinalเป็นall-trans -retinalเพื่อจุดประสงค์นี้[ 24 ]
  2. ประสาทรับรส (รสชาติ): ตัวรับ GPCR ในเซลล์รับรสทำหน้าที่ควบคุมการปล่อยสารกัสต์ดูซิน (gustducin)เพื่อตอบสนองต่อสารที่มีรสขม รสอูมามิ และรสหวาน
  3. ประสาทรับกลิ่น: ตัวรับในเยื่อบุผิวรับกลิ่นจะจับกับสารให้กลิ่น (ตัวรับกลิ่น) และฟีโรโมน (ตัวรับโวเมอโรนาซัล)
  4. การควบคุมพฤติกรรมและอารมณ์: ตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีน G ในสมอง ของสัตว์ เลี้ยงลูกด้วยนม จะจับกับ สารสื่อประสาทหลายชนิดรวมถึงเซโรโทนิน โดปามีฮิสตามีน นอร์อะดรีนาลีนและGABA ข้อยกเว้นที่สำคัญ ได้แก่ตัวรับGABA [ 25 ]ตัวรับเซโรโทนิน5-HT [ 26 ]และตัวรับกลูตาเมต( NMDAR , AMPAR และตัวรับไคเนต ) [ 27 ]ซึ่งเป็นช่องไอออน
  5. การควบคุม กิจกรรม ของระบบภูมิคุ้มกันและการอักเสบ : ตัวรับ เคโมไคน์จะจับกับลิแกนด์ที่ทำหน้าที่เป็นสื่อกลางในการสื่อสารระหว่างเซลล์ของระบบภูมิคุ้มกัน ตัวรับเช่นตัวรับฮิสตามีนจะจับกับสารสื่อกลางการอักเสบและกระตุ้นเซลล์เป้าหมายในการตอบสนองต่อการอักเสบ GPCR ยังมีส่วนเกี่ยวข้องกับการปรับเปลี่ยนภูมิคุ้มกัน เช่น การควบคุมการเหนี่ยวนำของอินเตอร์ลิวคิน[ 28 ]หรือการยับยั้ง การตอบสนองทางภูมิคุ้มกันที่เกิดจาก TLRจากเซลล์ T [ 29 ]
  6. ระบบประสาทอัตโนมัติ: ทั้ง ระบบประสาทซิ พาเทติกและพาราซิมพาเทติกถูกควบคุมโดยเส้นทาง GPCR ตัวรับที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ตัวรับอะดรีเนอร์จิก ( α1 , α2 , , β2 β3ซึ่งβ2 เด่นตรงที่เป็น GPCR ตัวแรกที่มีโครงสร้างผลึกที่ได้รับการกำหนด) สำหรับระบบประสาทซิมพาเทติก และตัวอะเซทิลโคลีนมัสคารินิกสำหรับระบบประสาทพาราซิมพาเทติก สารที่จับกับตัวรับอะดรีเนอร์จิกเป็นที่ทราบกันดีว่าสามารถปรับความดันโลหิตและอัตราการเต้นของหัวใจได้ ในขณะที่สารต้านมัสคารินิกทำให้เกิดอาการต่างๆ มากมาย เช่น ม่านตาขยาย ปัสสาวะค้าง ท้องผูก และปากแห้ง ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับการยับยั้งระบบประสาทพาราซิมพาเทติก[ 30 ] [ 31 ]
  7. การรับรู้ความหนาแน่นของเซลล์: บทบาทใหม่ของ GPCR ในการควบคุมการรับรู้ความหนาแน่นของเซลล์
  8. การปรับสมดุลของร่างกาย (เช่น สมดุลน้ำ) [ 32 ]
  9. เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตและ การ แพร่กระจายของเนื้องอก บางชนิด [ 33 ]
  10. ใช้ในระบบต่อมไร้ท่อสำหรับฮอร์โมนอนุพันธ์เปปไทด์และกรดอะมิโนที่จับกับ GCPR บนเยื่อหุ้มเซลล์ของเซลล์เป้าหมาย การจับกันนี้จะกระตุ้น cAMP ซึ่งจะไปกระตุ้นไคเนสหลายตัว ทำให้เกิดการตอบสนองของเซลล์ เช่น การถอดรหัสพันธุกรรม

โครงสร้างของตัวรับ

GPCRs เป็นโปรตีนเมมเบรนแบบบูรณาการที่มีโดเมนที่ทะลุผ่านเมมเบรนเจ็ดโดเมนหรือเกลียวทรานส์เมมเบรน [ 34 ] [ 35 ] ส่วนนอกเซลล์ของตัวรับสามารถถูกไกลโคซิเลต ได้ ลูปนอกเซลล์เหล่านี้ยังมี สารตกค้าง ซิสเทอีน ที่อนุรักษ์ไว้อย่างสูงสองตัว ที่สร้างพันธะไดซัลไฟด์เพื่อทำให้โครงสร้างของตัวรับมีเสถียรภาพ โปรตีนเกลียวทรานส์เมมเบรนเจ็ดโดเมนบางชนิด ( แชนเนลโรดอปซิน ) ที่คล้ายกับ GPCRs อาจมีช่องไอออนอยู่ภายในโปรตีน

ในปี 2000 โครงสร้างผลึกแรกของ GPCR ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม คือโรดอปซิน ของวัว ( 1F88 ) ได้รับการแก้ไข[ 36 ]ในปี 2007 โครงสร้างแรกของ GPCR ของมนุษย์ได้รับการแก้ไข[ 37 ] [ 1 ] [ 38 ] โครงสร้าง GPCR ของตัวรับ β -adrenergicของมนุษย์นี้พิสูจน์แล้วว่ามีความคล้ายคลึงกับโรดอปซินของวัวอย่างมาก โครงสร้างของ GPCR ที่ถูกกระตุ้นหรือจับกับตัวกระตุ้นก็ได้รับการกำหนดแล้วเช่นกัน[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]โครงสร้างเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าการจับของลิแกนด์ที่ด้านนอกเซลล์ของตัวรับนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่ด้านไซโตพลาสมิกของตัวรับ การเปลี่ยนแปลงที่ใหญ่ที่สุดคือการเคลื่อนที่ออกไปด้านนอกของส่วนไซโตพลาสมิกของเกลียวทรานส์เมมเบรนที่ 5 และ 6 (TM5 และ TM6) โครงสร้างของตัวรับเบต้า-2 อะดรีเนอร์จิกที่ถูกกระตุ้นในเชิงซ้อนกับ G ยืนยันว่า Gα จับกับช่องว่างที่สร้างขึ้นโดยการเคลื่อนไหวนี้[ 43 ]

GPCRs มีโครงสร้างคล้ายกับโปรตีนอื่นๆ ที่มีโดเมนทรานส์เมมเบรน 7 โดเมน เช่นโรดอปซินของจุลินทรีย์และตัวรับอะดิโพเนกติน 1 และ 2 ( ADIPOR1และADIPOR2 ) ​​อย่างไรก็ตาม ตัวรับและช่อง 7TMH (เกลียวทรานส์เมมเบรน 7 อัน) เหล่านี้ไม่ได้เชื่อมโยงกับโปรตีน Gนอกจากนี้ ADIPOR1 และ ADIPOR2 ยังมีทิศทางตรงกันข้ามกับ GPCRs ในเยื่อหุ้มเซลล์ (กล่าวคือ GPCRs มักจะมีปลาย N อยู่นอกเซลล์และปลาย C อยู่ในไซโตพลาสซึม ในขณะที่ ADIPORs จะกลับด้าน) [ 44 ]

ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและหน้าที่

แผนภาพสองมิติของชุด GPCR ทั่วไปที่อยู่ในแพไขมัน (lipid raft ) คลิกที่ภาพเพื่อดูรายละเอียดเกี่ยวกับตำแหน่งของโครงสร้างที่สำคัญในความละเอียดสูงขึ้น

ในแง่ของโครงสร้าง GPCR มีลักษณะเฉพาะคือมีปลาย N-terminus อยู่นอกเซลล์ ตามด้วย เกลียว อัลฟาแบบทรานส์เมมเบ รนเจ็ดเกลียว (7-TM) (TM-1 ถึง TM-7) ที่เชื่อมต่อกันด้วยลูปภายในเซลล์สามลูป (IL-1 ถึง IL-3) และลูปภายนอกเซลล์สามลูป (EL-1 ถึง EL-3) และสุดท้ายคือปลาย C-terminus ภายในเซลล์ GPCR จัดเรียงตัวเองเป็นโครงสร้างสามมิติที่มีลักษณะคล้ายถัง โดยเกลียวทรานส์เมมเบรนทั้งเจ็ดเกลียวจะสร้างโพรงภายในเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งทำหน้าที่เป็น โดเมนจับกับ ลิแกนด์ซึ่งมักถูกปกคลุมด้วย EL-2 อย่างไรก็ตาม ลิแกนด์อาจจับกับส่วนอื่นได้เช่นกัน ดังเช่นในกรณีของลิแกนด์ที่มีขนาดใหญ่กว่า (เช่นโปรตีนหรือเปปไทด์ ขนาดใหญ่) ซึ่งจะโต้ตอบกับลูปภายนอกเซลล์ หรือดังที่แสดงโดย ตัวรับกลูตาเมตแบบเมตาโบโทรปิกคลาส C (mGluRs) จะโต้ตอบกับส่วนหาง N-terminus GPCR คลาส C มีลักษณะเด่นคือหาง N-terminal ขนาดใหญ่ ซึ่งประกอบด้วยโดเมนจับลิแกนด์ด้วย เมื่อกลูตาเมตจับกับ mGluR หาง N-terminal จะเกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง ทำให้เกิดการโต้ตอบกับสารตกค้างของลูปภายนอกเซลล์และโดเมน TM ผลสุดท้ายของ การกระตุ้นด้วย ตัวกระตุ้น ทั้งสามประเภท คือการเปลี่ยนแปลงทิศทางสัมพัทธ์ของเกลียว TM (เปรียบเสมือนการบิดตัว) นำไปสู่พื้นผิวภายในเซลล์ที่กว้างขึ้นและการ "เปิดเผย" สารตกค้างของเกลียวภายในเซลล์และโดเมน TM ที่สำคัญต่อการทำงานของการส่งสัญญาณ (เช่น การจับคู่โปรตีน G) ตัวกระตุ้นผกผันและตัวต้านอาจจับกับตำแหน่งต่างๆ ได้หลายตำแหน่ง แต่ผลสุดท้ายจะต้องเป็นการป้องกันการเปลี่ยนทิศทางของเกลียว TM นี้[ 3 ]

โครงสร้างของปลาย N- และ C-terminal ของ GPCR อาจมีหน้าที่สำคัญนอกเหนือจากการจับกับลิแกนด์ ตัวอย่างเช่น ปลาย C-terminus ของตัวรับมัสคารินิก M3 นั้นแล้ว และโดเมนโพลีเบสิกหกกรดอะมิโน (KKKRRK) ในปลาย C-terminus นั้นจำเป็นสำหรับการประกอบล่วงหน้ากับโปรตีน[ 45 ]โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปลาย C-terminus มักมี สารตกค้าง ซีรีน (Ser) หรือทรีโอนีน (Thr) ซึ่งเมื่อถูกฟอสโฟรีเลตจะเพิ่มความสัมพันธ์ของพื้นผิวภายในเซลล์สำหรับการจับกับโปรตีนโครงสร้างที่เรียกว่า β- arrestins (β-arr) [ 46 ]เมื่อจับแล้ว β-arrestins จะป้องกันการจับคู่ ของโปรตีน G ในเชิงสเตอริกและอาจดึงดูดโปรตีนอื่นๆ ทำให้เกิดคอมเพล็กซ์การส่งสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับการกระตุ้นวิถีการทำงานของเอนไซม์ extracellular-signal regulated kinase ( ERK ) หรือการนำตัวรับเข้าสู่ เซลล์ (internalization) เนื่องจากการฟอสโฟรีเลชันของสารตกค้าง Ser และ Thr เหล่านี้มักเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการกระตุ้น GPCR การแยกตัวของโปรตีน G ที่เกิดจาก β-arr และการนำ GPCR เข้าสู่เซลล์จึงเป็นกลไกสำคัญของ การลด ความไว[ 47 ]นอกจากนี้ "เมกะคอมเพล็กซ์" ที่ถูกนำเข้าสู่เซลล์ซึ่งประกอบด้วย GPCR เดี่ยว β-arr (ในรูปแบบหาง) [ 48 ] [ 49 ]และโปรตีน G แบบเฮเทอโรไตรเมอริกก็มีอยู่และอาจอธิบายถึงการส่งสัญญาณโปรตีนจากเอนโดโซมได้[ 50 ] [ 51 ]

โครงสร้างร่วมสุดท้ายใน GPCRs คือการพาลมิโตอิเลชันของตำแหน่งหนึ่งหรือมากกว่าของหางปลาย C หรือลูปภายในเซลล์ พาลมิโตอิเลชันคือการดัดแปลงโควาเลนต์ของ หมู่ ซิสเทอีน (Cys) ผ่านการเพิ่มหมู่แอซิล ที่ไม่ชอบน้ำ และมีผลในการกำหนดเป้าหมายตัวรับไปยังไมโครโดเมนที่อุดมไปด้วยคอเลสเตอรอลและ สฟิง โกลิปิดของเยื่อหุ้มพลาสมาที่เรียกว่าแพลิพิด [ 52 ] เนื่องจากโมเลกุลตัวส่งสัญญาณและตัวกระตุ้นปลายทางจำนวนมากของ GPCRs (รวมถึงโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับ เส้นทาง ป้อนกลับเชิงลบ ) ก็ถูกกำหนดเป้าหมายไปยังแพลิพิดเช่นกัน จึงมีผลในการอำนวยความสะดวกในการส่งสัญญาณของตัวรับอย่างรวดเร็ว[ 52 ]

GPCR ตอบสนองต่อสัญญาณภายนอกเซลล์ที่ส่งผ่านโดยสารกระตุ้นที่หลากหลายมาก ตั้งแต่โปรตีนไปจนถึงสารชีวภาพและโปรตอนแต่ทั้งหมดจะส่งสัญญาณนี้ผ่านกลไกการเชื่อมต่อกับโปรตีน G ซึ่งเป็นไปได้ด้วย โดเมนตัวแลกเปลี่ยนกัวนีน- นิวคลีโอไทด์ ( GEF ) ที่เกิดจากการรวมกันของ IL-2 และ IL-3 ร่วมกับสารตกค้างที่อยู่ติดกันของเกลียว TM ที่เกี่ยวข้อง

กลไก

ภาพการ์ตูนแสดงแนวคิดพื้นฐานของการกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของ GPCR การจับกับลิแกนด์จะรบกวนการล็อกไอออนระหว่างโมทีฟ E/DRY ของ TM-3 และสารตกค้างที่เป็นกรดของ TM-6 ส่งผลให้ GPCR จัดเรียงตัวใหม่เพื่ออนุญาตให้โปรตีน G-alpha ทำงาน มุมมองด้านข้างเป็นมุมมองจากด้านบนและด้านข้างของ GPCR ที่อยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ (ได้ละเว้นไขมันในเยื่อหุ้มเซลล์เพื่อความชัดเจน) มุมมองภายในเซลล์ที่ติดป้ายผิดแสดงมุมมองภายนอกเซลล์ที่มองลงมาที่เยื่อหุ้มเซลล์จากภายนอกเซลล์[ 53 ]

ตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีน G จะถูกกระตุ้นด้วยสัญญาณภายนอกในรูปแบบของลิแกนด์หรือตัวกลางส่งสัญญาณอื่น ๆ ซึ่งจะสร้างการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในตัวรับ ส่งผลให้โปรตีน G ถูกกระตุ้น ผลกระทบเพิ่มเติมขึ้นอยู่กับชนิดของโปรตีน G โปรตีน G จะถูกยับยั้งในภายหลังโดยโปรตีนกระตุ้น GTPase ซึ่งรู้จักกันในชื่อโปรตีน RGS [ 54 ]

การจับตัวของลิแกนด์

GPCR ประกอบด้วยตัวรับอย่างน้อยหนึ่งตัวสำหรับลิแกนด์ต่อไปนี้: ตัวกลางส่งสัญญาณประสาทสัมผัส (เช่นโมเลกุลกระตุ้น แสงและ กลิ่น ); อะดีโนซีน , บอมเบซิน , แบรดิกินิน , เอนโดเทลิน, กรดแกมมา อะมิโนบิวทิริก ( GABA ), ปัจจัยการเจริญเติบโตของเซลล์ตับ ( HGF ), เมลาโนคอร์ทิน , นิว โรเปปไทด์ Y , เปปไทด์โอปิออยด์, ออปซิน, โซมาโตสแตติน , GH , ทาคิคินิน , สมาชิกใน กลุ่ม เปปไทด์ในลำไส้ที่ออกฤทธิ์ต่อหลอดเลือดและวาโซเพรสซิน ; อะมีนชีวภาพ (เช่น โดปามีน , เอ พิเนฟริน , น อร์เอพิเนฟริน , ฮิสตามี น , เซ โรโทนิ และเมลาโทนิน ); ก ลูตาเมต ( ผล เมตาโบโทรปิก ); กลูคากอน ; อะเซทิลโคลีน ( ผล มัสคารินิก ); เคโมไคน์ ; สารสื่อกลางไขมัน ที่ก่อให้ เกิดการอักเสบ (เช่นโปรสตาแกลน ดิน โปรสตาโนอิดปัจจัยกระตุ้นเกล็ดเลือดและลิวโคไตรอีน ); ฮอร์โมนเปปไทด์ (เช่นแคลซิโทนิน C5a อนาฟิลาทอกซิน ฮอร์โมนกระตุ้นฟอลลิเคิล [FSH] ฮอร์โมนปล่อยโกนาโดโทรปิน [GnRH] นิวโรคินินฮอร์โมนปล่อยไทรอยด์โทร ปิน [TRH] และออกซิโทซิน ); และเอนโดแคนนาบินอยด์

GPCR ที่ทำหน้าที่เป็นตัวรับสำหรับสิ่งเร้าที่ยังไม่ได้รับการระบุเรียกว่าตัวรับกำพร้า[ 55 ]

อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกับตัวรับประเภทอื่น ๆ ที่ได้รับการศึกษา ซึ่งลิแกนด์จะจับกับเยื่อหุ้มเซลล์ภายนอก ลิแกนด์ของ GPCR มักจะจับกับโดเมนทรานส์เมมเบรน อย่างไรก็ตามตัวรับที่ถูกกระตุ้นด้วยโปรตีเอสจะถูกกระตุ้นโดยการตัดส่วนหนึ่งของโดเมนภายนอกเซลล์[ 56 ]

การเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง

โครงสร้างผลึกของตัวรับเบต้า-2 อะดรีเนอร์จิกที่ถูกกระตุ้นในเชิงซ้อนกับ Gα รหัสPDB 3SN6 )ตัวรับมีสีแดง Gα มีสีเขียว Gβ มีสีฟ้า และ Gγ มีสีเหลือง ปลายด้าน C ของ Gα ตั้งอยู่ในโพรงที่เกิดจากการเคลื่อนที่ออกด้านนอกของส่วนไซโตพลาสมิกของ TM5 และ 6

การส่งสัญญาณผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยตัวรับยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ เป็นที่ทราบกันว่าในสภาวะที่ไม่ทำงาน GPCR จะจับกับ คอมเพล็กซ์ โปรตีน G แบบเฮเทอโรไตร เม อริก การจับของตัวกระตุ้นกับ GPCR ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในตัวรับ ซึ่งจะถูกส่งต่อไปยังหน่วยย่อย Gα ที่จับอยู่ริกผ่านพลวัตของโดเมนโปรตีน หน่วยย่อย Gα ที่ถูกกระตุ้นจะแลกเปลี่ยนGTPแทนที่GDPซึ่งจะกระตุ้นให้หน่วยย่อย Gα แยกตัวออกไดเมอร์ Gβγ จากตัวรับ หน่วยย่อย Gα และ Gβγ ที่แยกตัวออกมาทำกับโปรตีนภายในเซลล์อื่นๆ เพื่อดำเนินการส่งสัญญาณต่อไป ในขณะที่ GPCR ที่เป็นอิสระสามารถจับกับโปรตีน G แบบเฮเทอโรไตรเมอริกอีกตัวเพื่อสร้างคอมเพล็กซ์ใหม่ที่พร้อมจะเริ่มต้นการส่งสัญญาณรอบใหม่[ 57 ]

เชื่อกันว่าโมเลกุลตัวรับมีอยู่ในสมดุล เชิงโครงสร้าง ระหว่างสถานะทางชีวฟิสิกส์ที่ทำงานและไม่ทำงาน[ 58 ]การจับของลิแกนด์กับตัวรับอาจทำให้สมดุลเปลี่ยนไปทางสถานะตัวรับที่ทำงาน ลิแกนด์มีสามประเภท ได้แก่ อะโกนิสต์ ซึ่งเป็นลิแกนด์ที่เปลี่ยนสมดุลไปในทิศทางของสถานะที่ทำงาน อินเวอร์สอะโกนิสต์ซึ่งเป็นลิแกนด์ที่เปลี่ยนสมดุลไปในทิศทางของสถานะที่ไม่ทำงาน และนีโอแอนตาโกนิสต์ ซึ่งเป็นลิแกนด์ที่ไม่ส่งผลต่อสมดุล ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดว่าสถานะที่ทำงานและไม่ทำงานแตกต่างกันอย่างไร

วงจรการกระตุ้น/ยับยั้งการทำงานของโปรตีน G

ภาพการ์ตูนแสดงวงจรการกระตุ้น/ยับยั้งการทำงานของโปรตีน G แบบเฮเทอโรไตรเมอริกในบริบทของการส่งสัญญาณ GPCR

เมื่อตัวรับไม่ทำงาน โดเมนGEFอาจจับกับซับยูนิต α ที่ไม่ทำงานเช่นกันของโปรตีน G แบบเฮเทอโรไตรเมอริกโปรตีน G เหล่านี้เป็นไตรเมอร์ของซับยูนิต α, β และ γ (รู้จักกันในชื่อ Gα, Gβ และ Gγ ตามลำดับ) ซึ่งจะไม่ทำงานเมื่อจับกับกัวโนซีนไดฟอสเฟต (GDP) (หรืออีกทางหนึ่งคือไม่มีนิวคลีโอไทด์กัวนีน) แต่จะทำงานเมื่อจับกับกัวโนซีนไตรฟอสเฟต (GTP) เมื่อตัวรับถูกกระตุ้น โดเมน GEF จะกระตุ้นโปรตีน G แบบอัลโลสเตอริก โดยอำนวย ความสะดวกในการแลกเปลี่ยนโมเลกุล GDP กับ GTP ที่ซับยูนิต α ของโปรตีน G เซลล์รักษาสัดส่วน GTP:GDP ในไซโตพลาสมิกไว้ที่ 10:1 ดังนั้นจึงมั่นใจได้ว่ามีการแลกเปลี่ยนเป็น GTP ในขั้นตอนนี้ หน่วยย่อยของโปรตีน G จะแยกตัวออกจากตัวรับ รวมถึงแยกตัวออกจากกันเองด้วย ทำให้เกิดโมโนเมอร์ Gα-GTP และไดเมอร์ Gβγ ที่จับกันอย่างแน่นหนา ซึ่งขณะนี้พร้อมที่จะปรับเปลี่ยนกิจกรรมของโปรตีนภายในเซลล์อื่นๆ อย่างไรก็ตาม ขอบเขตการแพร่กระจาย ของพวกมันนั้น มีจำกัด เนื่องจากการเติมหมู่ปาล์มิโตอิลให้กับ Gα และการมีอยู่ของ หมู่ ไอโซพรีนอยด์ที่ถูกเติมเข้าไปที่ปลาย C ของ Gγ ด้วยพันธะโควาเลนต์

เนื่องจาก Gα มี ความสามารถ ในการไฮโดรไลซิส GTP→GDP อย่างช้าๆ รูปแบบที่ไม่ทำงานของซับยูนิต α (Gα-GDP) จึงถูกสร้างขึ้นใหม่ในที่สุด ทำให้สามารถรวมตัวกับไดเมอร์ Gβγ เพื่อสร้างโปรตีน G ที่ "พักตัว" ซึ่งสามารถจับกับ GPCR อีกครั้งและรอการกระตุ้น อัตราการไฮโดรไลซิส GTP มักจะเร่งขึ้นเนื่องจากการทำงานของโปรตีนปรับเปลี่ยนแบบอัลโลสเตอริกอีกตระกูลหนึ่งที่เรียกว่าตัวควบคุมการส่งสัญญาณของโปรตีน G หรือโปรตีน RGS ซึ่งเป็น โปรตีนกระตุ้น GTPaseหรือ GAP ชนิดหนึ่ง อันที่จริง โปรตีน ตัวรับผล หลักหลายตัว (เช่นอะดีนิเลตไซเคลส ) ที่ถูกกระตุ้น/ยับยั้งเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับ Gα-GTP ก็มีกิจกรรม GAP ​​ด้วย ดังนั้น แม้ในระยะเริ่มต้นของกระบวนการนี้ การส่งสัญญาณที่เริ่มต้นโดย GPCR ก็มีความสามารถในการยุติตัวเองได้

ครอสทอล์ก

มีการเสนอปฏิสัมพันธ์ระหว่าง การส่งสัญญาณ ของอินทิกรินและ GPCR ในระดับปลายน้ำ โดยแสดงให้เห็นว่าอินทิกรินเพิ่มระดับ Ca 2+และทำการฟอสโฟรีเลต FAK ซึ่งทำให้การส่งสัญญาณของ GPCR อ่อนลง

สัญญาณปลายทางของ GPCR แสดงให้เห็นว่าอาจมีปฏิสัมพันธ์กับ สัญญาณ อินทิกรินเช่นFAK [ 59 ] การส่งสัญญาณอินทิกรินจะทำให้ FAK เกิดการฟอสโฟรีเลต ซึ่งสามารถลดกิจกรรมได้

การส่งสัญญาณ

กลไกตัวรับที่เชื่อมโยงกับโปรตีนจี

หากตัวรับที่อยู่ในสถานะทำงานพบกับโปรตีน Gมันอาจจะกระตุ้นโปรตีน G ได้ หลักฐานบางอย่างชี้ให้เห็นว่าตัวรับและโปรตีน G นั้นจับคู่กันไว้ล่วงหน้าแล้ว[ 45 ]ตัวอย่างเช่น การจับกันของโปรตีน G กับตัวรับจะส่งผลต่อความสัมพันธ์ของตัวรับกับลิแกนด์ โปรตีน G ที่ถูกกระตุ้นจะจับกับGTP

การส่งสัญญาณต่อไปนั้นขึ้นอยู่กับชนิดของโปรตีน G เอนไซม์อะดีนิเลตไซเคลสเป็นตัวอย่างของโปรตีนในเซลล์ที่สามารถถูกควบคุมโดยโปรตีน G ในกรณีนี้คือโปรตีน G s ทำงานของอะดีนิเลตไซเคลสจะถูกกระตุ้นเมื่อมันจับกับหน่วยย่อยของโปรตีน G ที่ถูกกระตุ้น การกระตุ้นของอะดีนิเลตไซเคลสจะสิ้นสุดลงเมื่อโปรตีน G กลับสู่สถานะที่จับกับGDP

อะดีนิเลตไซเคลส (ซึ่งในมนุษย์มี 9 รูปแบบที่ยึดติดกับเยื่อหุ้มเซลล์และ 1 รูปแบบที่อยู่ในไซโตพลาสซึม) อาจถูกกระตุ้นหรือยับยั้งด้วยวิธีอื่น ๆ (เช่น การจับกับ Ca2+/ แคลโมดูลิน ) ซึ่งสามารถปรับเปลี่ยนกิจกรรมของเอนไซม์เหล่านี้ในลักษณะเสริมกันหรือทำงานร่วมกันกับโปรตีน G ได้

เส้นทางการส่งสัญญาณที่ถูกกระตุ้นผ่าน GPCR นั้นถูกจำกัดด้วยลำดับกรดอะมิโนและโครงสร้างสามมิติของ GPCR เอง แต่สุดท้ายแล้วจะถูกกำหนดโดยโครงสร้าง เฉพาะ ที่เสถียรโดยลิแกนด์ เฉพาะ รวมถึงความพร้อมของ โมเลกุล ตัวส่งสัญญาณปัจจุบัน GPCR ถือว่าใช้ตัวส่งสัญญาณหลักสองประเภท ได้แก่โปรตีน Gและβ-arrestinเนื่องจาก β-arrestin มีความสัมพันธ์ สูง เฉพาะกับ รูปแบบ ฟอสโฟรีเลตของ GPCR ส่วนใหญ่ (ดูด้านบนหรือด้านล่าง) การส่งสัญญาณส่วนใหญ่จึงขึ้นอยู่กับการกระตุ้นโปรตีน G อย่างไรก็ตาม ความเป็นไปได้ของการมีปฏิสัมพันธ์ก็อนุญาตให้เกิดการส่งสัญญาณที่ไม่ขึ้นกับโปรตีน G ได้เช่นกัน

การส่งสัญญาณที่ขึ้นอยู่กับโปรตีนจี

Gα สี่กลุ่มย่อยที่แตกต่างกันโดยความคล้ายคลึงกันของลำดับ ( Gαs Gαi , Gαq และGα12 ) โปรตีน G แต่ละกลุ่มย่อยประกอบด้วยโปรตีนหลายชนิด ซึ่งแต่ละชนิดเป็นผลผลิตจากยีน หลายตัว หรือรูปแบบการตัดต่อที่อาจทำให้มีคุณสมบัติการส่งสัญญาณที่แตกต่างกันตั้งแต่เล็กน้อยไปจนถึงชัดเจน แต่โดยทั่วไปแล้วดูเหมือนว่าจะจัดกลุ่มได้อย่างเหมาะสมเป็นสี่กลุ่ม เนื่องจากคุณสมบัติการส่งสัญญาณของชุด βγ ที่เป็นไปได้ต่างๆ ดูเหมือนจะไม่แตกต่างกันอย่างมาก กลุ่มเหล่านี้จึงถูกกำหนดตามไอโซฟอร์มของหน่วยย่อย α [ 6 ] : 1163

แม้ว่า GPCR ส่วนใหญ่จะสามารถกระตุ้น Gα-subtype ได้มากกว่าหนึ่งชนิด แต่ก็ยังแสดงความชอบต่อ subtype หนึ่งมากกว่าอีก subtype หนึ่ง เมื่อ subtype ที่ถูกกระตุ้นขึ้นอยู่กับลิแกนด์ที่จับกับ GPCR นั้น เรียกว่าการเลือกสรรเชิงฟังก์ชัน (หรือที่รู้จักกันในชื่อ การขนส่งที่กำกับโดยตัวกระตุ้น หรือ การกระตุ้นที่จำเพาะต่อโครงสร้าง) อย่างไรก็ตาม การจับของตัวกระตุ้นเฉพาะตัวใดตัวหนึ่งอาจเริ่มต้นการกระตุ้นของ G-protein ที่แตกต่างกันหลายชนิดได้ เนื่องจากตัวกระตุ้นนั้นอาจสามารถทำให้โครงสร้างมากกว่าหนึ่งโครงสร้างของ โดเมน GEF ของ GPCR มีเสถียรภาพได้ แม้กระทั่งในระหว่างการปฏิสัมพันธ์เพียงครั้งเดียว นอกจากนี้ โครงสร้างที่กระตุ้น Gα isoform หนึ่งได้ดีกว่า อาจกระตุ้นอีก isoform หนึ่งได้ หาก isoform ที่ชอบมีน้อยกว่า ยิ่งไปกว่านั้น กลไก ป้อน กลับ อาจส่งผลให้เกิดการดัดแปลงตัวรับ (เช่น การฟอสฟอริเลชั่น) ที่เปลี่ยนแปลงความชอบของ G-protein ได้ โดยไม่คำนึงถึงความแตกต่างปลีกย่อยต่างๆ เหล่านี้ โดยทั่วไปแล้วคู่พันธะที่ GPCR นิยมจับคู่จะถูกกำหนดตามโปรตีน G ที่ถูกกระตุ้นอย่างชัดเจนที่สุดโดย ลิแกนด์ ภายในร่างกายภายใต้สภาวะทางสรีรวิทยาหรือการทดลอง ส่วนใหญ่

การส่งสัญญาณ Gα

  1. ตัวกระตุ้นของทั้งวิถี Gαs Gαi คือ เอนไซม์ที่สร้างไซ คลิกอะดีโนซีนโมโนฟอสเฟต (cAMP) ซึ่งก็ คืออะ ดีนิเลตไซเคลสหรือ AC แม้ว่าจะมีผลิตภัณฑ์ยีน AC ที่แตกต่างกันถึงสิบชนิดในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม โดยแต่ละชนิดมีความแตกต่างกันเล็กน้อยในด้าน การกระจายตัว ในเนื้อเยื่อหรือหน้าที่ แต่ทั้งหมด ก็เร่ง ปฏิกิริยาการเปลี่ยนอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) ในไซโตพลาสมิกไปเป็น cAMP และทั้งหมดก็ถูกกระตุ้นโดยตรงจากโปรตีน G ในกลุ่ม Gαs ในทางตรงกันข้าม การโต้ตอบกับหน่วยย่อย Gα ของชนิด Gαi จะยับยั้งการสร้าง cAMP ของ AC ดังนั้น GPCR ที่เชื่อมต่อกับ Gαs ต่อต้านการทำงานของ GPCR ที่เชื่อมต่อกับ Gαi และในทางกลับกัน ระดับของ cAMP ในไซโตพลาสมิกจึงอาจกำหนดกิจกรรมของช่องไอออน ต่างๆ รวมถึงสมาชิกของ ตระกูล โปรตีนไคเนสA (PKA) ที่จำเพาะต่อซีรีน/ทรีโอนีน ด้วย ดังนั้น cAMP จึงถือเป็นสารสื่อประสาทตัวที่สองและ PKA เป็นตัวกระตุ้น รอง 
  2. ตัวกระตุ้นของวิถี G คือฟอสโฟลิเปส C-β (PLCβ) ซึ่งเร่งปฏิกิริยาการแตกตัวของฟอสฟาติดิลอิโนซิทอล 4,5-บิสฟอสเฟต (PIP2) ที่ยึดติดกับเยื่อหุ้มเซลล์ ออกเป็นสารส่งสัญญาณรอง ได้แก่ อิโนซิทอล (1,4,5) ไตรฟอสเฟต (IP3) และไดแอซิลกลีเซอรอล (DAG) IP3 ออกฤทธิ์ต่อตัวรับ IP3ที่พบในเยื่อหุ้มของเอน โด พลาสมิกเรติคูลัม (ER) เพื่อกระตุ้น การปลดปล่อย Ca 2+จาก ER ในขณะที่ DAG แพร่กระจายไปตามเยื่อหุ้มพลาสมาซึ่งอาจกระตุ้นรูปแบบใดๆ ของเซริน/ทรีโอนีนไคเนสตัวที่สองที่เรียกว่าโปรตีนไคเนส C (PKC) เนื่องจากไอโซฟอร์มหลายชนิดของ PKC ก็ถูกกระตุ้นโดยการเพิ่มขึ้นของ Ca 2+ภายในเซลล์เช่นกัน ดังนั้นวิถีทั้งสองนี้จึงสามารถมาบรรจบกันเพื่อส่งสัญญาณผ่านตัวกระตุ้นรองตัวเดียวกันได้ แคลเซียมไอออน (Ca 2+) ที่สูงขึ้นภายในเซลล์ จะจับกับและกระตุ้นโปรตีนที่เรียกว่าแคลโมดูลิน (calmodulins) แบบอัลโลสเตอริก (allosteric activation) ซึ่งจะไปกระตุ้นGTPase ขนาดเล็ก ในไซโตพลาสซึมที่เรียกว่า Rhoเมื่อจับกับ GTP แล้ว Rho ก็สามารถไปกระตุ้นโปรตีนต่างๆ ที่รับผิดชอบในการควบคุมโครงสร้างเซลล์เช่นRho-kinase (ROCK) GPCR ส่วนใหญ่ที่เชื่อมต่อกับ G ก็เชื่อมต่อกับคลาสย่อยอื่นๆ ด้วย โดยส่วนใหญ่จะเป็น G 11

การส่งสัญญาณ Gβγ

คำอธิบายข้างต้นละเลยผลกระทบของ การส่งสัญญาณ Gβγซึ่งอาจมีความสำคัญเช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของ GPCR ที่เชื่อมต่อกับ Gαi ที่ถูกกระตุ้น ตัวกระตุ้นหลักของ Gβγ คือช่องไอออนต่างๆ เช่นช่อง K +ที่ควบคุมโดยโปรตีน G (GIRKs), ช่อง Ca2 +ที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า ชนิด P / QและN รวมถึงไอโซฟอร์มบางชนิดของ AC และ PLC พร้อมกับไอโซฟอร์มบางชนิดของ ฟ อสโฟอิโนซิไทด์-3-ไคเนส (PI3K)

การส่งสัญญาณที่ไม่ขึ้นกับโปรตีนจี

แม้ว่าโดยทั่วไปจะคิดว่า GPCR ทำงานร่วมกันเท่านั้น แต่ GPCR อาจส่งสัญญาณผ่านกลไกที่ไม่ขึ้นกับโปรตีน G และโปรตีน G แบบเฮเทอโรไตรเมอริกอาจมีบทบาทในการทำงานที่ไม่ขึ้นกับ GPCR GPCR อาจส่งสัญญาณอย่างอิสระผ่านโปรตีนหลายชนิดที่กล่าวถึงไปแล้วว่ามีบทบาทในการส่งสัญญาณที่ขึ้นกับโปรตีน G เช่นβ-arrs , GRKsและSrcsการส่งสัญญาณดังกล่าวได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความเกี่ยวข้องทางสรีรวิทยา ตัวอย่างเช่น การส่งสัญญาณ β-arrestinที่เกิดจากตัวรับเคโมไคน์CXCR3มีความจำเป็นต่อการเคลื่อนที่ของเซลล์ T ที่ถูกกระตุ้นอย่างมีประสิทธิภาพเต็มที่[ 60 ]นอกจากนี้ โปรตีนโครงสร้างเพิ่มเติมที่เกี่ยวข้องกับการกำหนดตำแหน่งย่อยของเซลล์ของ GPCR (เช่น โปรตีนที่มี โดเมน PDZ ) อาจทำหน้าที่เป็นตัวส่งสัญญาณได้เช่นกัน บ่อยครั้งที่ตัวกระตุ้นเป็นสมาชิกของตระกูลMAPK

ตัวอย่าง

ในช่วงปลายทศวรรษ 1990 หลักฐานเริ่มสะสมมากขึ้นเพื่อบ่งชี้ว่า GPCR บางชนิดสามารถส่งสัญญาณได้โดยไม่ต้องมีโปรตีน G โปรตีนไคเนสที่กระตุ้นด้วยไมโท เจน ERK2ซึ่งเป็นตัวกลางการส่งสัญญาณที่สำคัญที่อยู่ปลายทางของการกระตุ้นตัวรับในหลายเส้นทาง ได้รับการแสดงให้เห็นว่าถูกกระตุ้นเพื่อตอบสนองต่อการกระตุ้นตัวรับที่เกิดจาก cAMP ในราเมือกD. discoideumแม้ว่าจะไม่มีหน่วยย่อย α- และ β- ของโปรตีน G ที่เกี่ยวข้องก็ตาม[ 61 ]

ในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ตัวรับ β2-adrenoceptor ที่ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางนั้นรับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถกระตุ้นวิถี ERK2 ได้หลังจากที่ arrestin ทำหน้าที่แยกการส่งสัญญาณผ่านโปรตีน G ดังนั้น จึงดูเหมือนว่ากลไกบางอย่างที่เคยเชื่อว่าเกี่ยวข้องกับการลดความไวของตัวรับเพียงอย่างเดียวนั้น แท้จริงแล้วอาจเป็นตัวอย่างของการที่ตัวรับเปลี่ยนวิถีการส่งสัญญาณมากกว่าที่จะถูกปิดใช้งานไปเฉยๆ

ในเซลล์ไตพบว่าตัวรับแบรดิกินิน B2 มีปฏิสัมพันธ์โดยตรงกับโปรตีนไทโรซีนฟอสฟาเทส การมีลำดับ ITIM (immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif) ที่ถูกฟอสโฟรีเลตด้วยไทโรซีนในตัวรับ B2 เป็นสิ่งจำเป็นในการเป็นตัวกลางในปฏิสัมพันธ์นี้ และส่งผลให้เกิดผลต้านการแพร่กระจายของแบรดิกินิน[ 62 ]

การส่งสัญญาณโดยไม่ขึ้นกับ GPCR โดยโปรตีน G แบบเฮเทอโรไตรเมอริก

แม้ว่าจะเป็นสาขาการวิจัยที่ยังค่อนข้างใหม่ แต่ดูเหมือนว่าโปรตีน G แบบเฮเทอโรไตรเมอริกอาจมีส่วนร่วมในการส่งสัญญาณที่ไม่เกี่ยวข้องกับ GPCR ด้วยเช่นกัน มีหลักฐานที่แสดงให้เห็นถึงบทบาทในฐานะตัวส่งสัญญาณในกระบวนการส่งสัญญาณผ่านตัวรับเกือบทุกประเภท รวมถึงอินทิกรินตัวรับไทโรซีนไคเนส (RTK) ตัวรับไซโตไคน์ ( JAK/STAT ) ตลอดจนการปรับเปลี่ยนโปรตีน "เสริม" อื่นๆ เช่นGEF สารยับยั้งการแยกตัวของกัวนีนนิวคลีโอไทด์ (GDI) และโปรตีนฟอสฟาเทสอาจมีโปรตีนเฉพาะในกลุ่มเหล่านี้ที่มีหน้าที่หลักเป็นส่วนหนึ่งของเส้นทางที่ไม่ขึ้นกับ GPCR ซึ่งเรียกว่าตัวกระตุ้นการส่งสัญญาณของโปรตีน G (AGS) ทั้งความแพร่หลายของการปฏิสัมพันธ์เหล่านี้และความสำคัญของหน่วยย่อย Gα เทียบกับ Gβγ ในกระบวนการเหล่านี้ยังคงไม่ชัดเจน

รายละเอียดเกี่ยวกับวิถีการทำงานของ cAMP และ PIP2

ผลการกระตุ้นของ cAMP ต่อโปรตีนไคเนส A
ผลกระทบของ Rs และ Gs ในเส้นทางการส่งสัญญาณ cAMP
ผลกระทบของ Ri และ Gi ในเส้นทางการส่งสัญญาณ cAMP

มีเส้นทางการส่งสัญญาณหลักสองเส้นทางที่เกี่ยวข้องกับตัวรับที่เชื่อมโยงกับโปรตีน Gได้แก่ เส้นทางการส่งสัญญาณ cAMPและเส้นทางการส่งสัญญาณฟ อสฟา ติดิลอิโนซิทอล[ 5 ]

เส้นทางการส่งสัญญาณ cAMP

กระบวนการส่งสัญญาณ cAMP ประกอบด้วยองค์ประกอบหลัก 5 ส่วน ได้แก่ ตัวรับ ฮอร์โมน กระตุ้น (Rs) หรือตัวรับฮอร์โมน ยับยั้ง (Ri); โปรตีน G ควบคุมกระตุ้น (Gs) หรือโปรตีน G ควบคุมยับยั้ง (Gi); อะเดนิลไซเคลส ; โปรตีนไคเนส A (PKA); และ cAMP ฟอสโฟไดเอสเทอเร

ตัวรับฮอร์โมนกระตุ้น (Rs) เป็นตัวรับที่สามารถจับกับโมเลกุลสัญญาณกระตุ้น ในขณะที่ตัวรับฮอร์โมนยับยั้ง (Ri) เป็นตัวรับที่สามารถจับกับโมเลกุลสัญญาณยับยั้ง

โปรตีน G ควบคุมแบบกระตุ้น คือโปรตีน G ที่เชื่อมต่อกับตัวรับฮอร์โมนกระตุ้น (Rs) และหน่วยย่อยอัลฟาของมันเมื่อถูกกระตุ้นจะสามารถกระตุ้นการทำงานของเอนไซม์หรือกระบวนการเผาผลาญภายในเซลล์อื่นๆ ในทางตรงกันข้าม โปรตีน G ควบคุมแบบยับยั้ง จะเชื่อมต่อกับตัวรับฮอร์โมนยับยั้ง และหน่วยย่อยอัลฟาของมันเมื่อถูกกระตุ้นจะสามารถยับยั้งการทำงานของเอนไซม์หรือกระบวนการเผาผลาญภายในเซลล์อื่นๆ

อะเดนิลไซเคลสเป็นไกลโคโปรตีนที่มีโครงสร้างแบบทรานส์เมมเบรน 12 ตำแหน่ง ซึ่งทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาการเปลี่ยน ATP ไปเป็น cAMP โดยอาศัยโคแฟคเตอร์ Mg 2+หรือ Mn 2+ cAMP ที่เกิดขึ้นนั้นเป็นสารสื่อสัญญาณรองในกระบวนการเผาผลาญของเซลล์ และเป็นตัวกระตุ้นแบบอัลโลสเตอริกของโปรตีนไคเนส A

โปรตีนไคเน สเอเป็นเอนไซม์สำคัญในกระบวนการเผาผลาญของเซลล์ เนื่องจากความสามารถในการควบคุมกระบวนการเผาผลาญของเซลล์โดยการเติมหมู่ฟอสเฟตให้กับเอนไซม์เฉพาะที่เกี่ยวข้องในวิถีการเผาผลาญ นอกจากนี้ยังสามารถควบคุมการแสดงออกของยีน การหลั่งสารของเซลล์ และการซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์ได้อีกด้วย เอนไซม์โปรตีนนี้ประกอบด้วยหน่วยย่อยเร่งปฏิกิริยา 2 หน่วย และหน่วยย่อยควบคุม 2 หน่วย เมื่อไม่มี cAMP คอมเพล็กซ์จะทำงานไม่ได้ เมื่อ cAMP จับกับหน่วยย่อยควบคุม โครงสร้างของหน่วยย่อยควบคุมจะเปลี่ยนไป ทำให้หน่วยย่อยควบคุมแยกตัวออกจากกัน ซึ่งจะกระตุ้นโปรตีนไคเนสเอและทำให้เกิดผลทางชีวภาพต่อไป

จากนั้นสัญญาณเหล่านี้สามารถถูกยุติได้โดยเอนไซม์ cAMP phosphodiesterase ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ย่อยสลาย cAMP ให้เป็น 5'-AMP และทำให้โปรตีนไคเนส A ไม่ทำงาน

เส้นทางการส่งสัญญาณของฟอสฟาติดิลอิโนซิทอล

ใน วิถีการส่งสัญญาณฟอสฟาติดิลอิโนซิ ทอล โมเลกุลสัญญาณภายนอกเซลล์จะจับกับตัวรับโปรตีนจี (Gq บนพื้นผิวเซลล์และกระตุ้นเอนไซม์ฟอสโฟลิเปสซีซึ่งอยู่บนเยื่อ หุ้ม เซลล์เอนไซม์ลิเปสจะไฮโดรไลซ์ฟอสฟาติดิลอิโนซิทอล 4,5-บิสฟอสเฟต (PIP2) ให้เป็นสารส่งสัญญาณรองสองชนิด ได้แก่อิโนซิทอล 1,4,5-ไตรฟอสเฟต (IP3)และไดอะซิลกลีเซอรอล (DAG) IP3 จะจับกับตัวรับ IP3ในเยื่อหุ้มของเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมเรียบและไมโทคอนเดรียเพื่อเปิดช่องแคลเซียม (Ca2 + ) DAG ช่วยกระตุ้นโปรตีนไคเนสซี (PKC) ซึ่งจะฟอสฟอริเลตโปรตีนอื่นๆ อีกหลายชนิด เปลี่ยนแปลงกิจกรรมเร่งปฏิกิริยาของโปรตีนเหล่านั้น นำไปสู่การตอบสนองของเซลล์

ผลกระทบของ Ca²⁺ ก็มีความน่าทึ่งเช่นกัน: มันทำงานร่วมกับ DAG ในการกระตุ้น PKC และสามารถกระตุ้น วิถีการส่งสัญญาณ ของ CaM kinaseซึ่งโปรตีนcalmodulin (CaM) ที่ถูกควบคุมด้วยแคลเซียมจะจับกับ Ca²⁺ เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง และกระตุ้น CaM kinase II ซึ่งมีความสามารถพิเศษในการเพิ่มความสามารถในการจับกับ CaM โดยการฟอสโฟรีเลชันตัวเอง ทำให้ CaM ไม่สามารถนำไปใช้ในการกระตุ้นเอนไซม์อื่นๆ ได้ จากนั้นไคเนสจะฟอสโฟรีเลตเอนไซม์เป้าหมาย ควบคุมกิจกรรมของเอนไซม์เหล่านั้น วิถีการส่งสัญญาณทั้งสองเชื่อมต่อกันด้วย Ca²⁺ - CaM ซึ่งเป็นหน่วยย่อยควบคุมของ adenylyl cyclase และ phosphodiesterase ในวิถีการส่งสัญญาณ cAMP ด้วย

การควบคุมตัวรับ

ตัวรับ GPCR จะเกิดการลดความไวเมื่อสัมผัสกับลิแกนด์เป็นเวลานาน การลดความไวมีสองรูปแบบที่ได้รับการยอมรับ ได้แก่ 1) การลดความไว แบบเดียวกัน (homologous desensitization ) ซึ่ง GPCR ที่ถูกกระตุ้นจะถูกลดระดับลง และ 2) การลดความไวแบบต่างชนิด (heterologous desensitization ) ซึ่ง GPCR ที่ถูกกระตุ้นจะทำให้ GPCR อื่นลดระดับลง ปฏิกิริยาสำคัญของการลดระดับนี้คือการฟอสฟอริเลชัน ของ โดเมนตัวรับภายในเซลล์ (หรือไซโตพลาสซึม ) โดย โปรตีนไคเน

การฟอสฟอริเลชันโดยโปรตีนไคเนสที่ขึ้นอยู่กับ cAMP

โปรตีนไคเนสที่ขึ้นอยู่กับไซคลิก AMP ( โปรตีนไคเนส A ) จะถูกกระตุ้นโดยสายโซ่สัญญาณที่มาจากโปรตีน G (ที่ถูกกระตุ้นโดยตัวรับ) ผ่านทางอะดีนิเลตไซเคลสและไซคลิก AMP (cAMP) ในกลไกป้อนกลับไคเนสที่ถูกกระตุ้นเหล่านี้จะฟอสโฟรีเลตตัวรับ ยิ่งตัวรับยังคงทำงานนานเท่าใด ไคเนสก็จะถูกกระตุ้นมากขึ้น และตัวรับก็จะถูกฟอสโฟรีเลตมากขึ้นเท่านั้น ใน ตัวรับ β2 adrenoceptor การฟอสโฟรี นี้ส่งผลให้การเชื่อมต่อเปลี่ยนจากคลาส Gs โปรตีน G ไปเป็นคลาสGi [ 63 ]การฟอสโฟรีเลตที่เกิดจาก PKA ที่ขึ้นอยู่กับ cAMP สามารถทำให้เกิดการลดความไวแบบต่างชนิดกันในตัวรับอื่นนอกเหนือจากตัวรับที่ถูกกระตุ้น[ 64 ]

การฟอสฟอริเลชันโดย GRK

ไคเนสตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีน G (GRKs) เป็นโปรตีนไคเนสที่ฟอสโฟรีเลตเฉพาะ GPCR ที่ทำงานอยู่เท่านั้น[ 65 ]ไคเนสตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีน G (GRKs) เป็นตัวปรับสำคัญของการส่งสัญญาณของตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีน G (GPCR) พวกมันประกอบด้วยโปรตีนไคเนสเซริน-ทรีโอนีนในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเจ็ดชนิดที่ฟอสโฟรีเลตตัวรับที่จับกับตัวกระตุ้น การฟอสโฟรีเลตตัวรับที่เกิดจาก GRKs จะเริ่มต้นอย่างรวดเร็วทำให้การส่งสัญญาณของตัวรับบกพร่องอย่างมากและเกิดการลดความไว กิจกรรมของ GRKs และการกำหนดเป้าหมายในระดับเซลล์ย่อยได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดโดยการโต้ตอบกับโดเมนของตัวรับ หน่วยย่อยของโปรตีน G ไขมัน โปรตีนยึดเกาะ และโปรตีนที่ไวต่อแคลเซียม[ 66 ]

การฟอสฟอริเลชันของตัวรับสามารถส่งผลได้สองประการ:

  1. การเคลื่อนย้าย : ตัวรับจะถูกนำเข้าไปภายในเซลล์พร้อมกับส่วนของเยื่อหุ้มเซลล์ที่มันฝังอยู่ โดยจะถูกกำจัดฟอสเฟตภายในสภาพแวดล้อมของถุงเวสิเคิลที่เป็นกรด[ 67 ]แล้วจึงนำกลับเข้าไป กลไกนี้ใช้ในการควบคุมการสัมผัสในระยะยาว เช่น ฮอร์โมน โดยอนุญาตให้เกิดการตอบสนองต่อสิ่งเร้าอีกครั้งหลังจากเกิดการลดการตอบสนองต่อสิ่งเร้า หรืออีกทางหนึ่ง ตัวรับอาจถูกย่อยสลายโดยไลโซโซม หรือยังคงอยู่ภายในเซลล์ ซึ่งเชื่อกันว่ามันมีส่วนร่วมในการเริ่มต้นเหตุการณ์การส่งสัญญาณ ซึ่งลักษณะของเหตุการณ์นั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งย่อยของเซลล์ของถุงเวสิเคิลที่อยู่ภายในเซลล์[ 64 ]
  2. การเชื่อมโยงอาร์เรสติน : ตัวรับที่ถูกฟอสโฟรีเลตสามารถเชื่อมโยงกับ โมเลกุล อาร์เรสตินที่ป้องกันไม่ให้จับ (และกระตุ้น) โปรตีน G ซึ่งมีผลทำให้ปิดการทำงานในช่วงเวลาสั้นๆ กลไกนี้ถูกนำมาใช้ เช่น กับโรดอปซินใน เซลล์ เรตินาเพื่อชดเชยการสัมผัสกับแสงสว่าง ในหลายกรณี การจับของอาร์เรสตินกับตัวรับเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเคลื่อนย้าย ตัวอย่างเช่น เบต้า-อาร์เรสตินที่จับกับ β2-ดรีโนรีเซปเตอร์ทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมสำหรับการจับกับคลัทริน และกับหน่วยย่อยเบต้าของ AP2 (โมเลกุลตัวเชื่อมคลัทริน) ดังนั้น อาร์เรสตินในที่นี้จึงทำหน้าที่เป็นโครงสร้างที่ประกอบส่วนประกอบที่จำเป็นสำหรับการเอนโดไซโทซิสที่เกิดจากคลัทรินของ β2-อะดรีโนรีเซเตอร์ [ 68 ] [ 69 ]

กลไกการยุติสัญญาณของ GPCR

ดังที่กล่าวมาข้างต้น โปรตีน G อาจยุติการทำงานของตัวเองได้เนื่องจาก ความสามารถ ในการไฮโดรไลซิส GTP→GDP โดยธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในอัตรา ที่ช้า (≈0.02 ครั้ง/วินาที) ดังนั้นจึงต้องใช้เวลาประมาณ 50 วินาทีสำหรับโปรตีน G ตัวใดตัวหนึ่งที่จะหยุดการทำงานหากไม่มีปัจจัยอื่นเข้ามาเกี่ยวข้อง อันที่จริง มีโปรตีน RGS ประมาณ 30 ไอโซฟอร์มที่เมื่อจับกับ Gα ผ่านโดเมน GAP ของมัน จะเร่งอัตราการไฮโดรไลซิสให้เร็วขึ้นเป็น ≈30 ครั้ง/วินาที การเพิ่มอัตราขึ้น 1500 เท่านี้ทำให้เซลล์สามารถตอบสนองต่อสัญญาณภายนอกด้วยความเร็วสูง รวมถึงความละเอียด เชิงพื้นที่ เนื่องจากปริมาณของตัวส่งสัญญาณรองที่สามารถสร้างขึ้นได้มีจำกัด และระยะทางที่โปรตีน G สามารถแพร่กระจายได้ใน 0.03 วินาทีมีจำกัด โดยส่วนใหญ่ โปรตีน RGS มีความสามารถในการยับยั้งการทำงานของโปรตีน G ได้หลากหลาย แต่การที่ RGS ตัวใดจะเกี่ยวข้องกับวิถีการส่งสัญญาณใดนั้น ดูเหมือนจะขึ้นอยู่กับเนื้อเยื่อและ GPCR ที่เกี่ยวข้องมากกว่าสิ่งอื่นใด นอกจากนี้ โปรตีน RGS ยังมีหน้าที่เพิ่มเติมในการเพิ่มอัตราการแลกเปลี่ยน GTP-GDP ที่ GPCR (กล่าวคือ เป็นเหมือน co-GEF ชนิดหนึ่ง) ซึ่งช่วยเพิ่มความละเอียดของเวลาในการส่งสัญญาณของ GPCR อีกด้วย

นอกจากนี้ GPCR อาจเกิดการลดความไวลงได้เอง ซึ่งอาจเกิดขึ้นได้ดังนี้:

  1. เป็นผลโดยตรงจากการจับกันของลิแกนด์ซึ่งการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทำให้เกิดการดึงดูดไคเนสที่ควบคุม GPCR (GRK) ซึ่งจะไปฟอสโฟรี เลตหมู่ เซริน / ทรีโอ นีน ต่างๆของ IL-3 และส่วนปลาย C-terminal เมื่อ GRK ฟอสโฟรีเลตแล้ว ความสัมพันธ์ของ GPCR กับβ-arrestin (β-arrestin-1/2 ในเนื้อเยื่อส่วนใหญ่) จะเพิ่มขึ้น ณ จุดนี้ β-arrestin อาจจับและทำหน้าที่ทั้งขัดขวางการเชื่อมต่อของโปรตีน G และเริ่มต้นกระบวนการนำตัวรับเข้าสู่เซลล์ผ่านเอนโดไซโทซิสที่ อาศัยคลัทริน เนื่องจากมีเพียงตัวรับที่จับกับลิแกนด์เท่านั้นที่ไวต่อการกระตุ้นน้อยลงด้วยกลไกนี้ จึงเรียกว่าการลด ความไวต่อการกระตุ้นแบบเดียวกัน (homologous desensitization)
  2. ความสัมพันธ์ของ β-arrestin อาจเพิ่มขึ้นในลักษณะการครอบครองลิแกนด์และไม่ขึ้นกับ GRK ผ่านการฟอสโฟรีเลชันของไซต์ ser/thr ที่แตกต่างกัน (แต่ยังรวมถึง IL-3 และหางปลาย C ด้วย) โดย PKC และ PKA การฟอสโฟรีเลชันเหล่านี้มักจะเพียงพอที่จะทำให้การเชื่อมต่อโปรตีน G บกพร่องได้ด้วยตัวเองเช่นกัน[ 70 ]
  3. ในทางกลับกัน PKC/PKA อาจทำการฟอสฟอริเลต GRK ซึ่งอาจนำไปสู่การฟอสฟอริเลต GPCR และการจับกับ β-arrestin ในลักษณะที่ไม่ขึ้นกับการจับกัน กลไกสองอย่างหลังนี้ทำให้เกิดการลดความไวของ GPCR ตัวหนึ่งเนื่องจากการทำงานของ GPCR ตัวอื่น หรือการลดความไวแบบต่างชนิดกัน GRK อาจมีโดเมน GAP ด้วย ดังนั้นจึงอาจมีส่วนช่วยในการยับยั้งผ่านกลไกที่ไม่ใช่ไคเนส ได้ เช่นกัน นอกจากนี้ยังอาจเกิดการรวมกันของกลไกเหล่านี้ได้ด้วย

เมื่อ β-arrestin จับกับ GPCR แล้ว มันจะเกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง ทำให้มันสามารถทำหน้าที่เป็นโปรตีนโครงสร้างสำหรับคอมเพล็กซ์ตัวเชื่อมต่อที่เรียกว่าAP-2ซึ่งจะดึงดูดโปรตีนอีกตัวหนึ่งที่เรียกว่าclathrin เข้ามา หากมีตัวรับในบริเวณนั้นดึงดูด clathrin เข้ามามากพอในลักษณะนี้ พวกมันจะรวมตัวกันและ เยื่อ หุ้มเซลล์จะโป่งออกด้านในอันเป็นผลมาจากการโต้ตอบระหว่างโมเลกุลของ clathrin ในกระบวนการที่เรียกว่าopsonizationเมื่อหลุมถูกบีบออกจากเยื่อหุ้มเซลล์เนื่องจากการทำงานของโปรตีนอีกสองชนิดที่เรียกว่าamphiphysinและdynaminมันจะกลายเป็นถุงเอนโดไซติก ในขั้นตอนนี้ โมเลกุลตัวเชื่อมต่อและ clathrin จะแยกตัวออกจากกันและตัวรับจะถูกส่งกลับไปยังเยื่อหุ้มเซลล์หรือถูกส่งไปยังไลโซโซมเพื่อย่อยสลาย

ในขั้นตอนใดๆ ของกระบวนการนี้ β-arrestins อาจดึงดูดโปรตีนอื่นๆ เช่นnon-receptor tyrosine kinase (nRTK) หรือc-SRCซึ่งอาจกระตุ้นERK1/2หรือmitogen-activated protein kinase (MAPK) อื่นๆ ผ่านการฟอสฟอริเลชันของGTPase ขนาดเล็กRasหรือดึงดูดโปรตีนในERK cascadeโดยตรง (เช่นRaf-1 , MEK , ERK-1/2) ซึ่งในจุดนี้การส่งสัญญาณจะเริ่มต้นขึ้นเนื่องจากอยู่ใกล้กันมาก เป้าหมายอีกอย่างหนึ่งของ c-SRC คือโมเลกุลไดนามินที่เกี่ยวข้องกับเอนโดไซโทซิส ไดนามินจะรวมตัวกันเป็นพอลิเมอร์รอบคอของเวสิเคิลที่เข้ามา และการฟอสฟอริเลชันโดย c-SRC จะให้พลังงานที่จำเป็นสำหรับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง ทำให้เกิดการ "แยกตัว" ออกจากเยื่อหุ้มเซลล์ในที่สุด

การควบคุมระดับเซลล์ของ GPCR

การลดความไวของตัวรับเกิดขึ้นผ่านกระบวนการฟอสโฟรีเลชัน การจับกับ β-arr และเอนโดไซโทซิสร่วมกัน ดังที่กล่าวมาข้างต้น การลดระดับเกิดขึ้นเมื่อตัวรับที่ถูกเอนโดไซโทซิสฝังตัวอยู่ในเอนโดโซม ซึ่งจะถูกส่งไปรวมกับออร์แกเนลล์ที่เรียกว่าไลโซโซม เนื่องจากเยื่อหุ้มไลโซโซมอุดมไปด้วยปั๊มโปรตอน ภายในจึงมีค่า pH ต่ำ (≈4.8 เทียบกับ pH≈7.2 ของไซโทซอล) ซึ่งทำหน้าที่ในการทำลายโครงสร้างของ GPCR นอกจากนี้ ไลโซโซมยังมีเอนไซม์ย่อยสลายหลายชนิด รวมถึงโปรตีเอส ซึ่งสามารถทำงานได้เฉพาะในสภาวะ pH ต่ำเช่นนี้ ดังนั้นพันธะเปปไทด์ที่เชื่อมต่อสารตกค้างของ GPCR เข้าด้วยกันอาจถูกตัดขาด การที่ตัวรับจะถูกส่งไปยังไลโซโซม ถูกกักไว้ในเอนโดโซม หรือถูกส่งกลับไปยังเยื่อหุ้มเซลล์นั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง รวมถึงชนิดของตัวรับและขนาดของสัญญาณ นอกจากนี้ การควบคุม GPCR ยังเกิดขึ้นผ่านปัจจัยการถอดรหัสยีน ปัจจัยเหล่านี้สามารถเพิ่มหรือลดการถอดรหัสยีน และด้วยเหตุนี้จึงเพิ่มหรือลดการสร้างตัวรับใหม่ (การควบคุมขึ้นหรือลง) ที่เคลื่อนที่ไปยังเยื่อหุ้มเซลล์

การรวมตัวของตัวรับ

การรวมตัวกันของตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีน G เป็นปรากฏการณ์ที่พบได้ทั่วไป ตัวอย่างหนึ่งที่ได้รับการศึกษาอย่างดีที่สุดคือตัวรับGABA แบบเมตาโบโทรปิก ตัวรับที่เรียกว่าตัวรับแบบคงที่นี้เกิดขึ้นจากการรวมตัวกันของหน่วยย่อยGABA R1และGABA R2 การแสดงออกของ GABA R1 โดยไม่มี GABA R2 ในระบบต่างชนิดกันทำให้หน่วยย่อยถูกกักเก็บไว้ในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม ในขณะเดียวกัน การแสดงออกของหน่วยย่อย GABA R2 เพียงอย่างเดียวทำให้หน่วยย่อยแสดงออกที่พื้นผิว แม้ว่าจะไม่มีกิจกรรมการทำงาน (เช่น ตัวรับไม่จับกับตัวกระตุ้นและไม่สามารถเริ่มต้นการตอบสนองหลังจากการสัมผัสกับตัวกระตุ้น) การแสดงออกของหน่วยย่อยทั้งสองร่วมกันทำให้ตัวรับที่มีฟังก์ชันการทำงานแสดงออกที่เยื่อหุ้มเซลล์ มีการแสดงให้เห็นว่าการจับกันของ GABA R2 กับ GABA R1 ทำให้เกิดการปิดบังสัญญาณการกักเก็บ[ 71 ]ของตัวรับที่มีฟังก์ชันการทำงาน[ 72 ]

ที่มาและการกระจายตัวของซูเปอร์แฟมิลี

การส่งสัญญาณผ่านซูเปอร์แฟมิลีของ GPCR มีมาตั้งแต่กำเนิดของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ GPCR ที่คล้ายกับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมพบได้ในเชื้อราและได้รับการจัดประเภทตาม ระบบการจำแนกประเภท GRAFSโดยอิงจากลายนิ้วมือของ GPCR [ 19 ]การระบุสมาชิกของซูเปอร์แฟมิลีใน โดเมน ยูคาริโอตและการเปรียบเทียบโมทีฟเฉพาะตระกูล แสดงให้เห็นว่าซูเปอร์แฟมิลีของ GPCR มีต้นกำเนิดร่วมกัน[ 73 ]โมทีฟลักษณะเฉพาะบ่งชี้ว่าสามในห้าตระกูล GRAFS ได้แก่Rhodopsin , AdhesionและFrizzledวิวัฒนาการมาจาก ตัวรับ cAMP ของ Dictyostelium discoideumก่อนการแยกตัวของopisthokontsต่อ มา ตระกูล Secretinวิวัฒนาการมาจาก ตระกูลตัวรับ GPCR Adhesionก่อนการแยกตัวของหนอนตัวกลม[ 19 ] GPCR ของแมลงดูเหมือนจะอยู่ในกลุ่มของตัวเอง และ Taste2 ถูกระบุว่าสืบ เชื้อสายมาจากRhodopsin [ 73 ]โปรดทราบว่า การแบ่ง Secretin / Adhesion นั้น ขึ้นอยู่กับหน้าที่ที่คาดการณ์ไว้มากกว่าลายเซ็น เนื่องจากคลาส B แบบคลาสสิก (7tm_2, Pfam PF00002 ) ถูกใช้เพื่อระบุทั้งสองอย่างในการศึกษา

ดูเพิ่มเติม

อ่านเพิ่มเติม

  • Vassilatis DK, Hohmann JG, Zeng H, Li F, Ranchalis JE, Mortrud MT และ คณะ (เมษายน 2546). "เรพเพอร์ทัวร์ของตัวรับที่เชื่อมโยงกับโปรตีน G ของมนุษย์และหนู" Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 100 (8): 4903– 8. Bibcode : 2003PNAS..100.4903V . doi : 10.1073/ pnas.0230374100 . PMC 153653. PMID 12679517 .  
  • "ห้องสมุดอ้างอิง GPCR" สืบค้นเมื่อ 11 สิงหาคม 2551 แหล่งอ้างอิงสำหรับแบบจำลองระดับโมเลกุลและทางคณิตศาสตร์สำหรับการตอบสนองของตัวรับในระยะเริ่มต้น
  • "รางวัลโนเบลสาขาเคมี ประจำปี 2012" (PDF) . เก็บถาวร(PDF)จากต้นฉบับเมื่อวันที่ 18 ตุลาคม 2012 . เรียกดูเมื่อวันที่ 10 ตุลาคม 2012 .
  • ตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีนจี (G-protein-coupled+receptors) ในหัวข้อทางการแพทย์ (Medical Subject Headings หรือ MeSH) ของหอสมุดแห่งชาติสหรัฐอเมริกา (US National Library of Medicine )
  • เซลล์สายพันธุ์ GPCR ถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 3 เมษายน 2558 ที่Wayback Machine
  • "คู่มือฐานข้อมูลเภสัชวิทยาของ IUPHAR/BPS (GPCRs)"ฐานข้อมูล IUPHARมหาวิทยาลัยเอดินบะระ / สหภาพเภสัชวิทยาพื้นฐานและคลินิกนานาชาติสืบค้นเมื่อ 6 กุมภาพันธ์ 2019
  • "GPCRdb"แหล่งข้อมูล แผนภาพ และเครื่องมือบนเว็บสำหรับตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีนจี (GPCRs); มังค์ ซี, อิสเบิร์ก วี, มอร์ดัลสกี เอส, ฮาร์ปโซอี เค, ราทาจ เค, เฮาเซอร์ AS, และคณะ (กรกฎาคม 2559). GPCRdb: ฐานข้อมูลตัว รับคู่โปรตีน G - บทนำวารสารเภสัชวิทยาอังกฤษ . 173 (14): 2195– 207. ดอย : 10.1111/bph.13509 . PMC 4919580 . PMID27155948 .   
  • "ตัวรับที่เชื่อมโยงกับโปรตีนจีบนเครือข่าย"เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 23 กรกฎาคม 2554 เรียกดูเมื่อวันที่ 10 พฤศจิกายน 2553 การจำแนกประเภทของ GPCRs
  • " ศูนย์เครือข่าย PSI GPCR"เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 25 กรกฎาคม 2556 เรียกดูเมื่อวันที่ 11 กรกฎาคม 2556 โครงการริเริ่มโครงสร้างโปรตีน: ศูนย์เครือข่ายชีววิทยา มีเป้าหมายเพื่อกำหนดโครงสร้างสามมิติของโปรตีนในกลุ่ม GPCR ที่เป็นตัวแทน
  • GPCR-HGmod เก็บถาวรเมื่อวันที่ 1 กุมภาพันธ์ 2016 ที่Wayback Machineฐานข้อมูลแบบจำลองโครงสร้าง 3 มิติของตัวรับ G-protein coupled receptor ของมนุษย์ทั้งหมด สร้างโดยไปป์ไลน์ GPCR -I-TASSER Zhang J, Yang J, Jang R, Zhang Y (สิงหาคม 2015). "GPCR-I-TASSER: แนวทางแบบผสมผสานสำหรับการสร้างแบบจำลองโครงสร้างตัวรับ G Protein-Coupled Receptor และการประยุกต์ใช้กับจีโนมมนุษย์" . Structure . 23 (8): 1538– 1549. doi : 10.1016/j.str.2015.06.007 . PMC 4526412 . PMID 26190572 .  
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=G_protein-coupled_receptor&oldid=1359575307 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีนจี

ตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีน G ( GPCRs ) หรือที่รู้จักกันในชื่อตัวรับโดเมนทรานส์เมมเบรนเจ็ดครั้ง (seven-(pass)-transmembrane domain receptors) , ตัวรับ 7TM , ตัว รับเฮปตา เฮลิคอล (.

ประวัติและความสำคัญ

ด้วยการค้นพบโครงสร้างแรกของสารประกอบเชิงซ้อนระหว่างตัวรับที่เชื่อมโยงกับโปรตีนจี (GPCR) และไตรเมอร์ของโปรตีนจี (Gαβγ) ในปี 2011 ทำให้เกิดบทใหม่ของการวิจัย GPCR สำหรับการศึกษาโครงสร้างของสวิตช์ระดับโลกที่มีโปรตีนมากกว่าหนึ่งชนิดถูกตรวจสอบ...

การจำแนกประเภท

ขนาดที่แน่นอนของซูเปอร์แฟมิลี GPCR ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด แต่ มีการคาดการณ์ว่า ยีน ของมนุษย์ อย่างน้อย 831 ยีน (หรือประมาณ 4% ของ จีโนม ที่เข้ารหัสโปรตีน ทั้งหมด ) เข้ารหัสสำหรับซูเปอร์แฟมิลีนี้จากการวิเคราะห์ลำดับจีโนม[ 11 ] [ 12 ] แม้ว่า จะ...

บทบาททางสรีรวิทยา

GPCR มีส่วนเกี่ยวข้องในกระบวนการทางสรีรวิทยาที่หลากหลาย ตัวอย่างบทบาททางสรีรวิทยาของ GPCR ได้แก่: