G蛋白耦联受体

《G蛋白耦联受体》由会员分享，可在线阅读，更多相关《G蛋白耦联受体（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、G Protein-coupled Receptors (GPCRs)Schematic representation of the GPCR G 蛋白偶联受体(GPCRs) 的共同的结构特 点为有7 个呈螺旋的跨膜结构( TM1-T M7) 、3 个胞外环( ECL1-ECL3) 、3 个胞 内环( ICL1-ICL3) 、1 个C 端和1个N 端。 GPCRs 的胞内环和C 端与三聚体G 蛋白偶 联, 在与配体结合后通过激活所偶联的G蛋 白, 启动不同的信号转导通路发挥生物效应 。 GPCRs 是分布于组织最广泛的受体家族, 目前 报道的有2000多种。根据序列和结构的相似性 , 可分为5

2、 个亚家族: 视紫红质家族、分泌素 亚家族、谷氨酸盐亚家族、粘附(adhesion) 亚家族、卷曲(frizzled)亚家族。 人类基因组中约有1200 个基因属于GPCR, 它 们将各种细胞外信号, 如光、生物胺、肽类、 糖蛋白、脂类、核苷酸、离子、蛋白酶等跨膜 传递到细胞内的效应分子, 引起细胞内的一系 列变化, 调节各种生理过程。 GPCRs是目前小分子药物开发过程中最成功 的一类蛋白质药靶, 当今药物市场约30%的小 分子药物为GPCRs的激动剂或拮抗剂，这些 药物在临床疾病治疗中发挥十分重要的作用 。 GPCRs潜在有众多药靶亟待发掘。1、GPCRs 的结构特点 GPCRs 的共同结

3、构特点：相同的结构骨 架, 7 个螺旋的跨膜结构、1 个N端、3 个胞内环、3 个胞外环以及1 个C 端。 GPCRs 的不同结构特点：精细结构、种 类和功能不相同。基因在表达过程中, 基 因突变( 单核苷酸多态性) 、翻译后修饰( 包括磷酸化和糖基化)、剪接和装配不同 。目前研究较多的视紫红质受体、肾上 腺素受体腺苷受体（晶体结构解析) 。 分子开关：在GPCRs的基础状态中, 内 部分子存在着1种非共价地相互作用即 为分子开关, 分子开关是通过激活机制 或失活机制精确控制细胞内一系列信号 传递的级联反应的氨基酸序列。当这种 非共价地相互作用被破坏后, GPCRs 才 能被激活。2、受体激活

4、时一系列的结构变化 激活剂与GPCRs连接、 激活受体通过一系列 结构中间体介导。这些中间体状态涉及激活剂 上的化学取代基与GPCRs 的特定氨基酸之间 相互作用; 稳定基础状态的非共价键连接的内 部分子相互作用的裂解（打开分子开关）; 跨 膜区新的内部分子相互作用的形成。 结构上不同的激活剂的连接可能需要不同的内 部分子相互作用的破裂, 从而导致不同的受体 结构和对下面区域的信号蛋白的不同效力。3、受体激活后的信号转导 （1）G蛋白（鸟嘌呤核苷调节蛋白）：是指异源三 聚体G蛋白, 由、和三个亚基组成。其中亚 基与GTP 结合能启动信号转导, 而与GDP 结合 则终止信号转导。G-GDP G-

5、GTP +G蛋白有多种，差异主要表现在亚基上。通常根据亚基的不同, 把G 蛋白分成四类: G() s , G() i , G() q 和G()12/ 13 。分别激活不同的下游效应分子: Gs 和Gi 能激活 或抑制相应的腺嘌呤环化酶, 调控胞内cAMP 浓 度; Gq 介导PLC活化, 调控IP3 和DAG以及随后 的胞内钙离子释放; G12/13 活化小G 蛋白Rho的 鸟苷酸置换因子( GEF)。 小G蛋白也是一类GTP 结合蛋白, 为分子量20 29 kD 的单体。该家族包括有50 多个蛋白, 分为Ras、Rac/ Rho 、Rab 、Arf 和Ran 五 个亚家族。在G 蛋白和小G

6、蛋白之间有相当多 的交互作用, G蛋白的激活可导致小G 蛋白的 活化,而有些小G 蛋白能结合G 蛋白的亚基。 Ras、Rac 、Rho、cdc42 等小G 蛋白参与很 多免疫细胞的功能, 如天然免疫、抗原提呈、 细胞迁移。细胞因子或生长因子可通过结合受 体激活Ras , 导致下游MAPK的活化, 从而引 起细胞增殖。G蛋白-效应蛋白转导信号的方式： 激活腺苷酸环化酶（-R）AC Gs蛋白 PDE（IV）ATP cAMP 5-AMPAPK 抑制腺苷酸环化酶（2-R）AC Gi蛋白ATP cAMP 激活钙和肌醇磷脂代谢（ATII-R）PLC G蛋白（Gq）PIP2 IP3 + DAG 内质网 CP

7、KCa G蛋白介导的离子通道K+（M-R）、Ca 2+ （-R）、Na + （N-R）、Cl -（GABA-R）等离子通 道。直接调节（M-R）；间接调节（ -R ）4、Inactivation of GPCRsContinuous exposure of a GPCR to an agonist produces a self-limited signal that may be disrupted in disease states. （1）Desensitization The process known as desensitization, taking place within a

8、 time frame of seconds to minutes following agonist exposure, occurs when the receptor uncouples from its G protein. This results from conformational changes that result from agonist-dependent phosphorylation, often as a result of GRK activity. The desensitized receptors undergo plasma membrane clus

9、tering and endosome-mediated internalization and are finally targeted for degradation unless they are recycling back to the cell surface. Two patterns of desensitization, homologous and heterologous, have been characterized.Agonist-specific desensitization, generally termed homologous desensitizatio

10、n, is associated with agonist-dependent GRK phosphorylation. Homologous desensitization occurs rapidly when GPCRs are exposed to high(micromolar) agonist concentrations. By contrast, heterologous desensitization is a slower response to an agonist (minutes rather than seconds) that occurs even when G

11、PCRs are exposed to lower agonist concentrations. It involves the diminished response of many kinds of GPCRs, including receptors that have not been exposed to ligand. Second-messenger-dependent kinases, such as cAMP-dependent protein kinase A (PKA) and protein kinase C (PKC), are most often implica

12、ted in heterologous desensitization. These protein kinases are associated with GPCR desensitization thatoccurs at slower rates than that reported for the GRKs (t1/2 of 3 min compared to15 s).(2) InternalizationSome forms of internalization are also arrestin-mediated. GRK-mediated phosphorylation of

13、the receptor is required to promote the formation of the -arrestin complex that can be internalized . The pathway of arrestin-mediated GPCR internalization that involves the transfer of ligand-activated receptors from the plasma membrane to an intracellular compartment. G 蛋白偶联受体激酶( G protein-coupled

14、 receptor kinases , GRKs) 是一簇与G蛋白偶联受体( GPCRs) 快速失敏( desensitization) 相关的激酶。许多 GPCRs 如阿片受体、血栓素受体、52羟色胺受体 、肾上腺素能受体等在激动剂持续刺激时易发生转 导信号的快速衰减,这种调节机制主要与GRKs有关 。 GRKs 家族由7 个结构上有同源序列的家族成员组 成。每种GRKs 都含有共同的功能结构,包括1个中 心催化区、1 个底物识别和含有G蛋白信号调节蛋白 ( regulators of Gprotein signaling ,RGS) 样结构的 氨基末端区,以及1 个作用于胞膜的羧基末端区。

15、根 据序列和功能的相似性可分为3 个亚家族。 第一个亚家族包括GRK1 和GRK7 。GRK1 是视紫质( rhodopsin) 激酶,仅在视网膜光受 体细胞表达,作用底物是视网膜的视蛋白。 第二个亚家族的GRK2 和GRK3 又分别称 为2肾上腺素能受体激酶1 (2ARK1) 和2 肾上腺素能受体激酶2 (2ARK2)。 第三个亚家族包括GRK4 , GRK5 和GRK6 。 GRK4 仅在睾丸高水平表达,提示该酶具有 底物的特异性。 GRKs 与GPCRs 失敏受体失敏的程度可以是信号的完全终止,如视 觉和嗅觉系统即如此; 也可以是激动剂效力的 减弱,如2AR 。受体失敏的程度受许多因素

16、包括受体的结构和细胞环境的影响,主要特征 是受体与异三聚体的G蛋白失偶联。GPCRs 信号转导的终止也可发生在G蛋白水平。 受体未活化时, GRK13 存在于胞浆;受体活 化后,GRK123 转移至胞膜并与目的受体结合 。GRKs 与抑制蛋白（arrestin）GRKs 介导的视紫质或2-AR 磷酸化尚不足 以使这些GPCRs 全部失活, GPCRs 失活还 需要其它抑制剂的参与。第一种抑制蛋白 是在视杆外节段获得鉴定的,分子量为48 kD ,现在称为视抑制蛋白(visual arrestin) 。已 证明它能与光活化的视紫质结合。另一种 视抑制蛋白样蛋白称为抑制蛋白1 ,它是体 外GRK2介导2-AR 失敏所需的辅助因子。