Kompleks beta-gamma G - G beta-gamma complex

To heterotrimeryczne białko G jest zilustrowane jego teoretycznymi kotwicami lipidowymi. PKB jest czarny. Łańcuch alfa jest żółty. Kompleks beta-gamma jest niebieski. Membrana jest szara.

G P-y kompleks (G _βγ ) jest ściśle związana dimeryczne białko złożone, składa się z jednego G _β i jeden G _y podjednostki a jest składnikiem heterotrimerycznych białek G . Heterotrimeryczne białka G, zwane także białkami wiążącymi nukleotydy guanozyny, składają się z trzech podjednostek, zwanych podjednostkami alfa , beta i gamma lub _Gα , _Gβ i _Gγ . Gdy sprzężony z białkiem G receptora (GPCR) aktywuje G _a dysocjuje od G _βγ , dzięki czemu obie podjednostki wykonywanie swoich dalszych sygnałowych efekty. Jedną z głównych funkcji G _βγ jest hamowanie podjednostki G _α .

Historia

Poszczególne podjednostki kompleksu białka G zostały po raz pierwszy zidentyfikowane w 1980 roku, kiedy składnik regulatorowy cyklazy adenylanowej został pomyślnie oczyszczony, dając trzy polipeptydy o różnych masach cząsteczkowych. Początkowo sądzono, że G _alfa , największą podjednostkę, był głównym efektorem podjednostki regulacyjnej, a G _βγ dużej mierze odpowiedzialny za inaktywację G _a podjednostkę i zwiększenie błony wiążące. Jednakże, późniejsze efekty sygnalizacyjne _Gβγ odkryto później, gdy odkryto, że oczyszczony kompleks _Gβγ aktywuje sercowy muskarynowy kanał K+ . Niedługo potem stwierdzono, że kompleks G _βγ związany z białkiem G sprzężonym z receptorem czynnika kojarzenia w drożdżach inicjuje odpowiedź feromonową . Chociaż te hipotezy początkowo kontrowersyjne G _βγ tego czasu wykazano, że reguluje bezpośrednio w wielu docelowych białek, jak G _a podjednostkę.

Ostatnio _badano możliwą rolę kompleksu G _βγ w fotoreceptorach pręcików siatkówki , z pewnymi dowodami na utrzymanie inaktywacji G _α . Jednak wnioski te wyciągnięto z eksperymentów in vitro w warunkach niefizjologicznych, a fizjologiczna rola kompleksu G _βγ w widzeniu jest nadal niejasna. Niemniej jednak, ostatnie odkrycia in vivo wykazują konieczność kompleksu transducyny G _βγ w funkcjonowaniu fotoreceptorów pręcikowych w warunkach słabego oświetlenia.

Struktura

Podjednostka G _βγ jest dimerem składającym się z dwóch polipeptydów, jednak działa funkcjonalnie jako monomer, ponieważ poszczególne podjednostki nie rozdzielają się i nie stwierdzono, aby działały niezależnie. Podjednostka G _β jest członkiem rodziny białek β-śmigła , które zazwyczaj posiadają 4-8 antyrównoległych β-kartek ułożonych w kształt śmigła. G _β zawiera 7-łopatowe śmigło β, z których każde jest rozmieszczone wokół centralnej osi i składa się z 4 antyrównoległych β-arkuszów . Sekwencja aminokwasowa zawiera 7 motywów powtórzeń WD po około 40 aminokwasów, z których każdy jest wysoce konserwatywny i posiada dipeptyd Trp-Asp, od którego powtórzenie pochodzi jego nazwa. Podjednostka G _γ jest znacznie mniejsza niż G _β i sama w sobie jest niestabilna, co wymaga interakcji z G _{β w} celu zwinięcia, co wyjaśnia ścisłe powiązanie dimeru. W G _βγ dimeru G, _y owijanie podjednostek wokół zewnętrznej G _P , interakcji poprzez oddziaływania hydrofobowe, trzeciorzędowe i nie wykazuje oddziaływań ze sobą. Domeny helikalne końca N dwóch podjednostek tworzą ze sobą zwiniętą spiralę, która zwykle rozciąga się od rdzenia dimeru. Dotychczas u ssaków zidentyfikowano 5 genów podjednostek β i 11 genów podjednostek γ. Grupy G _P geny mają podobne sekwencje, a znacznie większe zróżnicowanie obserwuje grupy G _y genów, co wskazuje, że funkcjonalne Specyfika G _βγ dimeru może być uzależniona od typu G _y podjednostki zaangażowanych. Dodatkowym zainteresowaniem strukturalnym jest odkrycie tak zwanego „gorącego punktu” obecnego na powierzchni dimeru G _βγ ; specyficzne miejsce białka, które wiąże się z różnymi peptydami i uważa się, że jest czynnikiem przyczyniającym się do zdolności _Gβγ do interakcji z wieloma różnymi efektorami.

Synteza i modyfikacja

Synteza podjednostek zachodzi w cytozolu . Uważa się, że fałdowanie podjednostki β jest wspomagane przez CCT opiekuńczy (chaperonin zawierający polipeptyd złożony bez ogona 1), który również zapobiega agregacji sfałdowanych podjednostek. Drugi szaperonu PhLP (fosducyną jak białka), wiąże się z CCT / G _β skomplikowane i fosforylowane, pozwalający CCT oddzielenie i G _y do wiązania. Wreszcie, PhLP uwalnia się, odsłaniając miejsce wiązania G _alfa , umożliwiając utworzeniem końcowego trimeru w retikulum endoplazmatycznego , gdzie są kierowane do błony komórkowej . G _y podjednostek są znane jako prenylowane (kowalencyjnie zmodyfikowane przez dodanie cząstek lipidowych) przed dodaniem do G, _p , który sam w sobie nie jest, jak stwierdzono, jest modyfikowana. Uważa się, że ta prenylacja bierze udział w kierowaniu oddziaływaniem podjednostki zarówno z lipidami błonowymi, jak i innymi białkami.

Funkcjonować

Kompleks G _βγ jest zasadniczym elementem kaskady sygnalizacyjnej GPCR. Ma dwa główne stany, dla których pełni różne funkcje. Kiedy G _βγ wchodzi w interakcję z G _α , działa jako regulator ujemny. W postaci heterotrimeru, G _βγ dimer zwiększa powinowactwo G _alfa do PKB , co powoduje, że białkiem G jest w stanie nieaktywnym. Do grupy G _a podjednostka zostać włączony nukleotyd wymiany są indukowane przez GPCR. Badania wykazały, że to dimer G _y wykazuje swoistość wobec odpowiedniego receptora i że podjednostka G _y faktycznie wzmacnia oddziaływanie podjednostki G _a z GPCR. GPCR jest aktywowany przez pozakomórkowym ligandem , a następnie aktywuje heterotrimeru białka G, powodując zmianę konformacji w G ' _a podjednostkę. Powoduje to zastąpienie GDP przez GTP oraz fizyczną dysocjację kompleksu G _α i G _βγ .

Po oddzieleniu, zarówno G _α i G _βγ swobodnie udziału w ich różnych dróg sygnalizacyjnych. G _βγ nie przechodzi żadnych zmian konformacyjnych, gdy dysocjuje od G _α i działa jako cząsteczka sygnalizacyjna jako dimer. Stwierdzono, _że dimer _Gβγ oddziałuje z wieloma różnymi cząsteczkami efektorowymi poprzez interakcje białko-białko . Różne kombinacje podtypów G _β i G _γ mogą wpływać na różne efektory i działać wyłącznie lub synergistycznie z podjednostką G _α .

Sygnalizacja G _βγ jest zróżnicowana, hamując lub aktywując wiele dalszych zdarzeń w zależności od interakcji z różnymi efektorami. Naukowcy odkryli, że G _βγ reguluje kanały jonowe , takie jak do wewnątrz kanały prostownika bramkowane białkiem G , a także kanały wapniowe . Wykazano , że w ludzkich PBMC kompleks G _βγ aktywuje fosforylację ERK1/2 . Innym przykładem sygnalizacji _Gβγ jest jej efekt aktywacji lub hamowania cyklazy adenylylowej, prowadzący do wewnątrzkomórkowego wzrostu lub spadku cyklicznego AMP wtórnego przekaźnika . Więcej przykładów sygnalizacji G _βγ patrz tabela. Jednak pełny zakres sygnalizacji G _βγ nie został jeszcze odkryty.

Implikacje medyczne

Projektowanie leków

Podjednostka G _βγ odgrywa różne role w procesach sygnalizacji komórkowej i jako tacy naukowcy badają obecnie jej potencjał jako celu terapeutycznego leku w leczeniu wielu stanów medycznych. Uznaje się jednak, że przy projektowaniu leku skierowanego na podjednostkę G _{βγ należy} wziąć pod uwagę szereg _kwestii :

1. Podjednostka G _βγ jest niezbędna do tworzenia heterotrimerycznego białka G poprzez jego połączenie z podjednostką G _α, umożliwiając sprzęganie białek G z GPCR. Zatem żaden środek hamujący efekty sygnalizacyjne podjednostek G _y nie może zakłócać tworzenia heterotrimerycznego białka G lub sygnalizacji podjednostki G _a .
2. _Ekspresja G _βγ jest uniwersalna w prawie wszystkich komórkach organizmu, więc każdy środek działający w celu hamowania tej podjednostki może wywołać liczne skutki uboczne.
3. Inhibitory drobnocząsteczkowe, które celują w sprzęganie _Gβγ ze specyficznymi efektorami i nie zakłócają normalnego cyklu/tworzenia heterotrimerycznego białka G, mogą potencjalnie działać jako środki terapeutyczne w leczeniu niektórych specyficznych chorób.

Celowanie w podjednostkę G _βγ w leczeniu

Przeprowadzono badania nad tym, jak zmiana działania podjednostek G _βγ może być korzystna w leczeniu niektórych schorzeń. G _βγ sygnalizacja badano za jego rolę w różnych warunkach, w tym niewydolność serca , zapalenie i białaczki .

Niewydolność serca

Niewydolność serca może charakteryzować się utratą sygnalizacji receptora β adrenergicznego (βAR) w komórkach serca. Kiedy βAR jest stymulowany przez katecholaminy, takie jak adrenalina i noradrenalina , zwykle następuje wzrost kurczliwości serca. Jednak w niewydolności serca występują utrzymujące się i podwyższone poziomy katecholamin, co skutkuje przewlekłą desensytyzacją receptora βAR. Prowadzi to do zmniejszenia siły skurczów serca. Niektóre badania sugerują, że to przewlekłe odczulanie jest spowodowane nadmierną aktywacją kinazy, kinazy receptorowej sprzężonej z białkiem G 2 (GRK2), która fosforyluje i dezaktywuje niektóre receptory sprzężone z białkiem G. Gdy receptor sprzężony z białkiem G jest aktywowany, podjednostka G _βγ rekrutuje GRK2, który następnie fosforyluje i odczula GPCR, jak βAR. Zapobieganie interakcji podjednostki βγ z GRK2 było zatem badane jako potencjalny cel dla zwiększenia czynności skurczowej serca. Opracowana cząsteczka GRK2ct jest inhibitorem białka, który hamuje właściwości sygnalizacyjne podjednostki G _βγ, ale nie zakłóca sygnalizacji podjednostki alfa. Wykazano, że nadekspresja GRK2ct znacząco ratuje czynność serca w mysich modelach niewydolności serca poprzez blokowanie sygnalizacji podjednostki G _βγ . W innym badaniu pobrano biopsje od pacjentów z niewydolnością serca i indukowaną przez wirusy nadekspresją GRK2ct w miocytach serca . Inne testy wykazały poprawę funkcji skurczowej komórek serca poprzez hamowanie _Gβγ .

Zapalenie

Gdy określone GPCR są aktywowane przez ich specyficzne chemokiny, G _βγ bezpośrednio aktywuje PI3K γ, który bierze udział w rekrutacji neutrofili, które przyczyniają się do zapalenia. Odkryto, że hamowanie PI3Kγ znacząco zmniejsza stan zapalny. PI3Kγ jest zamierzoną cząsteczką docelową w zapobieganiu zapaleniu, ponieważ jest powszechnym efektorem sygnalizacyjnym wielu różnych typów chemokin i receptorów zaangażowanych w promowanie zapalenia. Chociaż PI3Ky jest zamierzonym celem są inne izoformy z PI3 wykonujące różne funkcje PI3Ky. Ponieważ PI3Ky jest specyficznie regulowany przez _Gβy , podczas gdy inne izoformy PI3 są w dużej mierze regulowane przez inne cząsteczki, hamowanie sygnalizacji Gβy zapewniłoby pożądaną specyficzność środka terapeutycznego przeznaczonego do leczenia zapalenia.

Białaczka

_{Wykazano, że} podjednostka G _βγ aktywuje gen PLEKHG2 czynnika wymiany nukleotydów guaninowych Rho (RhoGef), który jest regulowany w górę w wielu liniach komórkowych białaczki i mysich modelach białaczki. Uważa się, że chemotaksja limfocytów w wyniku aktywacji Rac i CDC42 oraz polimeryzacji aktyny jest regulowana przez _RhoGef aktywowany przez Gβγ. Dlatego lek hamujący _Gβγ mógłby odgrywać rolę w leczeniu białaczki.

Bibliografia