G beta-gamma komplex
| G-protein, β- | |
|---|---|
| subenhetsidentifierare | |
| Symbol | G-beta |
| InterPro | IPR016346 |
| CATH | 2qns |
| SCOP2 | 2qns / SCOPe / SUPFAM |
| G-protein, y- | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| subenhetsidentifierare | |||||||||
| Symbol | G-gamma | ||||||||
| Pfam | PF00631 | ||||||||
| InterPro | IPR036284 | ||||||||
| SMART | GGL | ||||||||
| PROSITE | PDOC01002 | ||||||||
| CATH | 2bcj | ||||||||
| SCOP2 | 1gp2 / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| OPM-protein | 2bcj | ||||||||
| CDD | cd00068 | ||||||||
| |||||||||
G beta-gamma-komplexet (Gβγ) är ett tätt bundet dimert proteinkomplex, sammansatt av en Gβ- och en Gγ - subenhet, och är en komponent av heterotrimera G-proteiner . Heterotrimera G-proteiner, även kallade guanosin-nukleotidbindande proteiner, består av tre subenheter, kallade alfa- , beta- och gammasubenheter , eller G α , G β och G γ . När en G-proteinkopplad receptor ( GPCR ) aktiveras, dissocierar Ga från Gβγ , vilket gör att båda subenheterna kan utföra sina respektive nedströmssignaleringseffekter . En av huvudfunktionerna hos Gβγ är hämningen av Ga- subenheten .
Historia
De individuella subenheterna av G-proteinkomplexet identifierades först 1980 när den regulatoriska komponenten av adenylatcyklas renades framgångsrikt, vilket gav tre polypeptider med olika molekylvikter. Inledningsvis trodde man att Ga , den största subenheten, var den huvudsakliga effektorregulatoriska subenheten, och att Gβγ till stor del var ansvarig för att inaktivera Ga- subenheten och förstärka membranbindningen. Emellertid upptäcktes nedströms signaleringseffekter av Gβγ senare när det renade Gβγ -komplexet visade sig aktivera en hjärtmuskarin K+-kanal . Kort därefter visade sig Gβγ - komplexet associerat med ett parningsfaktor-receptorkopplat G-protein i jäst initiera ett feromonsvar . Även om dessa hypoteser från början var kontroversiella, har Gβγ sedan dess visat sig direkt reglera lika många olika proteinmål som Ga- subenheten .
Nyligen har möjliga roller för G βγ -komplexet i retinala stavfotoreceptorer undersökts, med vissa bevis för upprätthållandet av G α -inaktivering. Dessa slutsatser drogs emellertid från in vitro -experiment under ofysiologiska förhållanden, och den fysiologiska rollen för Gβγ- komplexet i synen är fortfarande oklar. Ändå visar nyligen in vivo fynd nödvändigheten av transducin G βγ -komplexet i funktionen av stavfotoreceptorer under svaga ljusförhållanden.
Strukturera
Gβy - subenheten är en dimer som består av två polypeptider, men den fungerar funktionellt som en monomer, eftersom de individuella subenheterna inte separeras och inte har visat sig fungera oberoende. G β- subenheten är en medlem av β- propellerfamiljen av proteiner, som vanligtvis har 4-8 antiparallella β-skivor arrangerade i form av en propeller. G β innehåller en 7-bladig β-propeller, varje blad är anordnat runt en central axel och består av 4 antiparallella β-skivor . Aminosyrasekvensen innehåller 7 WD-repeterande motiv av cirka 40 aminosyror, var och en högkonserverad och har Trp-Asp-dipeptiden som ger upprepningen dess namn. G γ -subenheten är avsevärt mindre än G β och är instabil på egen hand, vilket kräver interaktion med G β för att vika sig, vilket förklarar den nära associationen av dimeren. I Gβγ - dimeren sveper sig Gγ- subenheten runt utsidan av Gβ , interagerar genom hydrofoba associationer och uppvisar inga tertiära interaktioner med sig själv. De N-terminala spiraldomänerna av de två underenheterna bildar en lindad spole med varandra som typiskt sträcker sig bort från dimerens kärna. Hittills har 5 β-subenhetsgener och 11 y-subenhetsgener identifierats i däggdjur. Gp - generna har mycket likartade sekvenser, medan signifikant större variation ses i Gy- generna , vilket indikerar att den funktionella specificiteten för Gpy- dimeren kan vara beroende av typen av Gy- subenhet som är involverad. Av ytterligare strukturellt intresse är upptäckten av en så kallad "hotspot" som finns på ytan av G βγ -dimeren; ett specifikt ställe av proteinet som binder till olika peptider och tros vara en bidragande faktor i förmågan hos Gβγ att interagera med en mängd olika effektorer.
Syntes och modifiering
Syntes av subenheterna sker i cytosolen . Vikning av β-subenheten tros underlättas av chaperonen CCT (chaperonin som innehåller svanslös-komplex polypeptid 1), som också förhindrar aggregering av veckade subenheter. En andra chaperon, PhLP (fosducinliknande protein), binder till CCT/G β -komplexet och fosforyleras, vilket gör att CCT kan dissociera och G y binder. Slutligen frisätts PhLP, vilket exponerar bindningsstället för G α , vilket möjliggör bildning av den slutliga trimeren vid det endoplasmatiska retikulumet , där det riktas mot plasmamembranet . Gy - subenheter är kända för att vara prenylerade (kovalent modifierade genom tillsats av lipiddelar) före tillsats till Gp, som i sig inte har visat sig vara modifierad. Denna prenylering tros vara involverad i att styra subenhetens interaktion både med membranlipider och andra proteiner.
Fungera
Gβγ - komplexet är ett väsentligt element i GPCR-signaleringskaskaden. Den har två huvudtillstånd för vilka den utför olika funktioner. När G βγ interagerar med G α fungerar den som en negativ regulator. I heterotrimerformen ökar Gβy - dimeren affiniteten hos Ga för GDP , vilket gör att G-proteinet är i ett inaktivt tillstånd. För att Ga - subenheten ska bli aktiv måste nukleotidutbytet induceras av GPCR. Studier har visat att det är G βγ -dimeren som visar specificitet för den lämpliga receptorn och att G γ -subenheten faktiskt förstärker interaktionen mellan Ga- subenheten och GPCR. GPCR aktiveras av en extracellulär ligand och aktiverar därefter G-protein-heterotrimeren genom att orsaka en konformationsförändring i Ga - subenheten. Detta orsakar ersättning av GDP med GTP såväl som den fysiska dissociationen av Ga- och Gβγ- komplexet .
| Effektor | Signaleringseffekt |
|---|---|
| GIRK2 | aktivering |
| GIRK4 | aktivering |
| N-typ kalciumkanal | hämning |
| Kalciumkanaler av P/Q-typ | hämning |
| Fosfolipas A | aktivering |
| PLCβ1 | aktivering |
| PLCβ2 | aktivering |
| PLCβ3 | aktivering |
| Adenylylcyklas Typ I, III, V, VI, VII | hämning |
| Adenylylcyklas Typ II, IV | aktivering |
| PI3K | hämning |
| βARK1 | aktivering |
| βARK2 | aktivering |
| Raf-1 | aktivering |
| Ras utbytesfaktor | aktivering |
| Brutons tyrosinkinas | aktivering |
| Tsk tyrosinkinas | aktivering |
| ARF | aktivering |
| Plasmamembran Ca2+ pump | aktivering |
| p21-aktiverat proteinkinas | hämning |
| SNAP25 | hämning |
| P-Rex1 Rac GEF | aktivering
|
När de väl separerats är både G α och G βγ fria att delta i sina egna distinkta signalvägar. G βγ går inte igenom några konformationsförändringar när det dissocierar från G α och det fungerar som en signalmolekyl som en dimer. Gβγ - dimeren har visat sig interagera med många olika effektormolekyler genom protein-protein-interaktioner . Olika kombinationer av G β och G y subtyperna kan påverka olika effektorer och arbeta uteslutande eller synergistiskt med Ga subenheten .
Gβγ - signalering är mångsidig, hämmar eller aktiverar många nedströmshändelser beroende på dess interaktion med olika effektorer. Forskare har upptäckt att Gβγ reglerar jonkanaler , såsom G-proteinstyrda inåtriktade kanaler, såväl som kalciumkanaler . I humant PBMC har Gβγ - komplex visats aktivera fosforylering av ERK1/2 . Ett annat exempel på Gβγ - signalering är dess effekt av att aktivera eller hämma adenylylcyklas som leder till den intracellulära ökningen eller minskningen av den sekundära budbärarens cykliska AMP . För fler exempel på G βγ- signalering se tabell. Den fulla omfattningen av G βγ- signalering har dock ännu inte upptäckts.
Medicinska implikationer
Läkemedelsdesign
G βγ -subenheten spelar en mängd olika roller i cellsignaleringsprocesser och som sådan undersöker forskare nu dess potential som ett terapeutiskt läkemedelsmål för behandling av många medicinska tillstånd. Det är dock känt att det finns ett antal överväganden att tänka på när man designar ett läkemedel som riktar sig mot G βγ -subenheten:
- Gβγ - subenheten är väsentlig för bildningen av heterotrimert G-protein genom dess association med Ga- subenheten , vilket gör att G-proteinerna kan kopplas till GPCR. Därför får inte något medel som hämmar signaleffekterna för Gβγ- subenheterna störa den heterotrimera G-proteinbildningen eller Ga- subenhetssignaleringen .
- G- βγ -uttryck är universellt i nästan alla kroppens celler, så alla medel som verkar för att hämma denna subenhet kan framkalla många biverkningar.
- Hämmare av små molekyler som riktar sig mot kopplingen av G βγ till specifika effektorer och inte stör normal G-proteincykling/heterotrimerisk bildning, har potential att fungera som terapeutiska medel vid behandling av vissa specifika sjukdomar.
Inriktning på G βγ -subenheten i behandling
Forskning har utförts på hur förändring av verkan av G βγ -subenheter kan vara fördelaktigt för behandling av vissa medicinska tillstånd. G βγ -signalering har undersökts för sin roll vid en mängd olika tillstånd, inklusive hjärtsvikt , inflammation och leukemi .
Hjärtsvikt
Hjärtsvikt kan kännetecknas av en förlust av β-adrenerga receptorsignaler (βAR) i hjärtceller. När βAR stimuleras av katekolaminer som adrenalin och noradrenalin , sker normalt en ökning av hjärtats kontraktilitet. Men vid hjärtsvikt finns det ihållande och förhöjda nivåer av katekolaminer som resulterar i kronisk desensibilisering av βAR-receptorn. Detta leder till en minskning av styrkan av hjärtsammandragningar. Viss forskning tyder på att denna kroniska desensibilisering beror på överaktivering av ett kinas, G-proteinkopplat receptorkinas 2 (GRK2), som fosforylerar och deaktiverar vissa G-proteinkopplade receptorer. När den G-proteinkopplade receptorn aktiveras, rekryterar Gβγ- subenheten GRK2 som sedan fosforylerar och desensibiliserar GPCRs som βAR. Att förhindra interaktionen av βγ-subenheten med GRK2 har därför studerats som ett potentiellt mål för att öka hjärtkontraktilfunktionen. Den utvecklade molekylen GRK2ct är en proteininhibitor som hämmar signaleringsegenskaperna hos G βγ -subenheten men som inte stör signaleringen av alfa-subenhet. Överuttrycket av GRK2ct har visat sig signifikant rädda hjärtfunktionen i murina modeller av hjärtsvikt genom att blockera G βγ- subenhetssignalering. I en annan studie togs biopsier från patienter med hjärtsvikt och virusinducerat överuttryck av GRK2ct i hjärtmyocyterna . Andra tester visade en förbättring av hjärtcellens kontraktila funktion genom att hämma Gβγ .
Inflammation
När speciella GPCR aktiveras av sina specifika kemokiner aktiverar Gβγ direkt PI3K γ som är involverat i rekryteringen av neutrofiler som bidrar till inflammation. Det har upptäckts att hämningen av PI3Kγ signifikant minskar inflammation. PI3Kγ är den avsedda målmolekylen för att förebygga inflammation eftersom det är den vanliga signaleffektorn för många olika kemokin- och receptortyper som är involverade i att främja inflammation. Även om PI3Kγ är det avsedda målet finns det andra isoformer av PI3 som utför andra funktioner än PI3Kγ. Eftersom PI3Ky är specifikt reglerad av Gβγ , medan andra isoformer av PI3 till stor del regleras av andra molekyler, skulle inhibering av Gβγ-signalering ge den önskade specificiteten för ett terapeutiskt medel utformat för att behandla inflammation.
Leukemi
G βγ -subenheten har visat sig aktivera en Rho guanin nukleotidutbytesfaktor (RhoGef) gen PLEKHG2 som är uppreglerad i ett antal leukemicellinjer och musmodeller av leukemi. Lymfocytkemotaxi som ett resultat av Rac- och CDC42 - aktivering samt aktinpolymerisation tros regleras av den Gβγ- aktiverade RhoGef . Därför kan ett läkemedel som hämmar G βγ spela en roll i behandlingen av leukemi.
