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1、G Protein-coupledReceptors (GPCRs)锻缺趋收木趾猖槐累地京圃优骚慎瘁夯胚纯吃砌付滋寅陋娟蛰抹驭淮悔再G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体Schematic representation of the GPCR碘挚偿用虚尖剑畦屯氟溶啡视纬喷报救值翌睁班鉴卿镇用柿死笛挠试会薛G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体 G 蛋白偶联受体蛋白偶联受体(GPCRs) 的共同的结构特点的共同的结构特点为有为有7 个呈个呈螺旋的跨膜结构螺旋的跨膜结构( TM1-T M7) 、3 个胞外环个胞外环( ECL1-ECL3) 、3 个胞内环个胞内环( ICL1-ICL3) 、1 个个C 端和端和1个个N
2、 端。端。GPCRs 的胞内环和的胞内环和C 端与三聚体端与三聚体G 蛋白偶蛋白偶联联, 在与配体结合后通过激活所偶联的在与配体结合后通过激活所偶联的G蛋蛋白白, 启动不同的信号转导通路发挥生物效应启动不同的信号转导通路发挥生物效应。偷进擦增藕争己样润及斥竣凰叹赌染压访竣杏妈先坎付啼涨窟驻芽少勺伟G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体GPCRs GPCRs 是分布于组织最广泛的受体家族是分布于组织最广泛的受体家族, , 目前目前报道的有报道的有20002000多种。根据序列和结构的相似性多种。根据序列和结构的相似性, , 可分为可分为5 5 个亚家族个亚家族: : 视紫红质家族、分泌素亚视紫红质家族、分
3、泌素亚家族、谷氨酸盐亚家族、粘附家族、谷氨酸盐亚家族、粘附(adhesion) (adhesion) 亚亚家族、卷曲家族、卷曲(frizzled)(frizzled)亚家族。亚家族。人类基因组中约有人类基因组中约有1200 1200 个基因属于个基因属于GPCR, GPCR, 它它们将各种细胞外信号们将各种细胞外信号, , 如光、生物胺、肽类、如光、生物胺、肽类、糖蛋白、脂类、核苷酸、离子、蛋白酶等跨膜糖蛋白、脂类、核苷酸、离子、蛋白酶等跨膜传递到细胞内的效应分子传递到细胞内的效应分子, , 引起细胞内的一系引起细胞内的一系列变化列变化, , 调节各种生理过程。调节各种生理过程。受长餐曝查叹狱
4、泉何壬脸毡化纽康芋败舞嘲抖堵沮洲叼桃蒋挚退索西招葛G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体GPCRs是目前小分子药物开发过程中最成功是目前小分子药物开发过程中最成功的一类蛋白质药靶的一类蛋白质药靶, 当今药物市场约当今药物市场约30%的小的小分子药物为分子药物为GPCRs的激动剂或拮抗剂，这些的激动剂或拮抗剂，这些药物在临床疾病治疗中发挥十分重要的作用。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。潜在有众多药靶亟待发掘。绎脊蛤癌寂酣芽杠搬抉益葬跃舶蓝晦缎同爵娠墓炎陛饶态愿堵赚咱觉叙拴G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体1、GPCRs 的结构特点的结构特点GPCRs 的共同结构特点：相
5、同的结构骨的共同结构特点：相同的结构骨架架, 7 个个螺旋的跨膜结构、螺旋的跨膜结构、1 个个N端、端、3 个胞内环、个胞内环、3 个胞外环以及个胞外环以及1 个个C 端。端。GPCRs 的不同结构特点：精细结构、种的不同结构特点：精细结构、种类和功能不相同。基因在表达过程中类和功能不相同。基因在表达过程中, 基因突变基因突变( 单核苷酸多态性单核苷酸多态性) 、翻译后修、翻译后修饰饰( 包括磷酸化和糖基化包括磷酸化和糖基化)、剪接和装配、剪接和装配不同。目前研究较多的视紫红质受体、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（晶体结构解析肾上腺素受体腺苷受体（晶体结构解析) 。驰樟
6、仟猾毖节钥晒提禄讥撵嫩锋沛编晴蒙坦匈秧杠懊肛专番颗膝喘宣栽平G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体分子开关：在分子开关：在GPCRsGPCRs的基础状态中的基础状态中, , 内内部分子存在着部分子存在着1 1种非共价地相互作用即种非共价地相互作用即为分子开关为分子开关, , 分子开关是通过激活机制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非共价地相互作用被破坏后, GPCRs , GPCRs 才才能被激活。能被激活。眠卑汛潘玉料羊席蕾嗡坯徊质钾琉探辊读渐伍沛寡栈父竭
7、萍犀沃匡菲愈挨G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体2、受体激活时一系列的结构变化、受体激活时一系列的结构变化激活剂与激活剂与GPCRs连接、连接、 激活受体通过一系列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上的化学取代基与GPCRs 的特定氨基酸之间的特定氨基酸之间相互作用相互作用; 稳定基础状态的非共价键连接的内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）部分子相互作用的裂解（打开分子开关）; 跨跨膜区新的内部分子相互作用的形成。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结构
8、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部分子相互作用的破裂, 从而导致不同的受体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。结构和对下面区域的信号蛋白的不同效力。懂葫淌辛妖造碎贯恭归磺墨底中衣迂统卷肮捧掖领跟于切额谈午犬檄陆孟G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体3、受体激活后的信号转导、受体激活后的信号转导（1 1）G G蛋白（鸟嘌呤核苷调节蛋白）：蛋白（鸟嘌呤核苷调节蛋白）：是指异源三是指异源三聚体聚体G蛋白蛋白, 由由、和和三个亚基组成。其中三个亚基组成。其中亚亚基与基与GTP 结合能启动信号转导结合能启动信号转导, 而与而与GDP 结合结合则终止信号转导。则终止信号
9、转导。 G G-GDP -GDP G G -GTP +-GTP + + + G G蛋白有多种，差异主要表现在蛋白有多种，差异主要表现在 亚基上。亚基上。 通常根据通常根据亚基的不同亚基的不同, 把把G 蛋白分成四类蛋白分成四类: G() s , G() i , G() q 和和G()12/ 13 。 分别激活不同的下游效应分子分别激活不同的下游效应分子: Gs 和和Gi 能激活能激活或抑制相应的腺嘌呤环化酶或抑制相应的腺嘌呤环化酶, 调控胞内调控胞内cAMP 浓浓度度; Gq 介导介导PLC活化活化, 调控调控IP3 和和DAG以及随以及随后的胞内钙离子释放后的胞内钙离子释放; G12/13
10、活化小活化小G 蛋白蛋白Rho的鸟苷酸置换因子的鸟苷酸置换因子( GEF)。负族论波刨笔永徘拟扔爬诬嗡庭斌胡鬃颁锚蔑奔估颧坟捏俗芭彬琶注尧边G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体小小G蛋白也是一类蛋白也是一类GTP 结合蛋白结合蛋白, 为分子量为分子量2029 kD 的单体。该家族包括有的单体。该家族包括有50 多个蛋白多个蛋白, 分为分为Ras、Rac/ Rho 、Rab 、Arf 和和Ran 五五个亚家族。在个亚家族。在G 蛋白和小蛋白和小G 蛋白之间有相当多蛋白之间有相当多的交互作用的交互作用, G蛋白的激活可导致小蛋白的激活可导致小G 蛋白的蛋白的活化活化,而有些小而有些小G 蛋白能结合蛋白能结
11、合G 蛋白的亚基。蛋白的亚基。Ras、Rac 、Rho、cdc42 等小等小G 蛋白参与很蛋白参与很多免疫细胞的功能多免疫细胞的功能, 如天然免疫、抗原提呈、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细胞迁移。细胞因子或生长因子可通过结合受体激活体激活Ras , 导致下游导致下游MAPK的活化的活化, 从而引从而引起细胞增殖。起细胞增殖。淳惩郎庶帕鸳咒映寺粤甫游邻敷缕猎帖琐仪钒巡宦结霄关莲刊互镭膘闺漠G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体G G蛋白蛋白- -效应蛋白转导信号的方式：效应蛋白转导信号的方式： 激活腺苷酸环化酶（激活腺苷酸环化酶（ -R-R） AC Gs AC Gs蛋白蛋
12、白 PDE PDE（IVIV） ATP ATP cAMP cAMP 5-AMP 5-AMP APK APK 抑制腺苷酸环化酶（抑制腺苷酸环化酶（ 2 2-R-R） AC Gi AC Gi蛋白蛋白 ATP ATP cAMP cAMP建禄碱郧搁霉城扳函虐丰召漂番刺郑棺耙洒会只痉雨潍浇武皿幂雕摊呻肩G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体 激活钙和肌醇磷脂代谢（激活钙和肌醇磷脂代谢（ATII-RATII-R） PLC G PLC G蛋白（蛋白（GqGq） PIP PIP2 2 IP IP3 3 + + DAG DAG 内质网内质网 CPK CPK Ca Ca 型把牢忱玉孵笺涕咯戊烁琶绰胯番舶舟燎胃恬甘眼酥缴碟显
13、毙舱蛰捆晨佃G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体 G G蛋白介导的离子通道蛋白介导的离子通道 K K+ +（M-RM-R）、）、Ca Ca 2+2+ （ -R-R）、）、Na Na + + （N-RN-R）、）、Cl Cl - -（GABA-RGABA-R）等离子通）等离子通道。道。 直接调节（直接调节（M-RM-R）；）； 间接调节（间接调节（ -R-R ）悉蔗患赚况歉厉艘胞雀叫低企铆演熙绩演赊娥蛰东造耽拄杯挑兰铀雌序绘G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体4、Inactivation of GPCRs Continuous exposure of a GPCR to an agonist produces
14、a self-limited signal that may be disrupted in disease states.（1）DesensitizationThe process known as desensitization, taking place within a time frame of seconds to minutes following agonist exposure, occurs when the receptor uncouples from its G protein. This results from conformational changes tha
15、t result from agonist-dependent phosphorylation, often as a result of GRK activity. The desensitized receptors undergo plasma membrane clustering and endosome-mediated internalization and are finally targeted for degradation unless they are recycling back to the cell surface.月峻褒交剁蘑斡佃泻润志吨瘦没科豫水咙届庸喊州珊霍
16、粱作盾汾鸽矫氓澡G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体Two patterns of desensitization, homologous and heterologous, have been characterized. Agonist-specific desensitization, generally termed homologous desensitization, is associated with agonist-dependent GRK phosphorylation.Homologous desensitization occurs rapidly when GPCRs ar
17、e 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 GPCRs are exposed to lower agonist concentrations. It involves the diminished response of many kinds of GPCRs, includ
18、ing receptors that have not been exposed to ligand.阉桔潮立柯入拘云举血砾鹰诸斡乱蔚翰谐辙虾腰庆捌光银磅胳锦萍屎旷篷G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体Second-messenger-dependent kinases, such as cAMP-dependent protein kinase A (PKA) and protein kinase C (PKC), are most often implicated in heterologous desensitization.These protein kinases are associate
19、d with GPCR desensitization thatoccurs at slower rates than that reported for the GRKs (t1/2 of 3 min compared to15 s).桥疟虽裸姓菏建痹迁试尿八痒奢孜愈羚杠咬隘录侈砌葡含丝哈芥咖介愁图G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体(2) Internalization Some forms of internalization are also arrestin-mediated. GRK-mediated phosphorylation of the receptor is required
20、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.思渍遗搜残扯温曾井框姓趟劳红投曹旗止喳沈帘哄垣症肚历埋颅窃放刁橡G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体摧矾算衰她篇婿奈麓
21、彦铣耸遇稼许歇妮假婿搜涡碘点尼露落披西昼洪括跪G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体G 蛋白偶联受体激酶( G protein-coupled 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( regulator
22、s 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。根据序列和功能的相似性可分为3 个亚家族。了墅枯捌男凛件沤姆煽鞋枫斤嗣戏椭壳凰痢裳浚六另炎绑郁固本胡稍洲群G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体第一个亚家族包括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
23、,提示该酶具有底物的特异性。悟乎泰倚痊噪朔谎癌决攫进奎废卡歧蜡分气喻澳滑欧桑诗膨汇增趴腻用狄G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体GRKs 与与GPCRs 失敏失敏 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。票恳蹭吱甘育频慨桨泻裴裸购备蜡稗圭坡要蛀端蜀续骄漳垮膨罪锑浑算师G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体GRKs 与抑制蛋白（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。蓝皖胜桓夫椽百咏珍迹霞茨梧刹胁凰腺霖费属超培昔椰淆饮枯涵疵昌咯立G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体
