Gタンパク質共役型受容体はどのように機能するか

Gタンパク質共役型受容体（GPCR）は真核生物で最も多様な膜受容体のグループです。 GPCRの主な機能は、細胞外の光エネルギーまたは栄養素を検出し、細胞内のシグナル伝達経路を活性化することです。最終的に、GPCRは細胞応答を引き起こします。 GPCRに結合するアゴニスト（受容体に結合して受容体を活性化することにより細胞応答を生成する化学物質）は、ホルモン、神経伝達物質、または匂いやフェロモンなどの外部刺激である可能性があります。 アゴニストに結合すると、GPCRは特定の細胞メカニズムの開始のために関連するGタンパク質を活性化します.

対象となる主要分野

1.Gタンパク質共役型受容体とは –定義、構造、役割 2.Gタンパク質共役型受容体はどのように機能するか –Gタンパク質活性化のメカニズム

重要な用語：エフェクター酵素、Gタンパク質、GDP（グアノシン二リン酸）、Gタンパク質共役受容体（GPCR）、GTP（グアノシン三リン酸）、セカンドメッセンジャー

Gタンパク質共役型受容体とは

Gタンパク質共役型受容体（GPCR）は、真核生物で最大のクラスの膜タンパク質であり、ホルモン、神経伝達物質、および環境刺激物質の生理学的応答のほとんどを仲介します。彼らはまた、視覚、嗅覚、味覚にも責任があります。 GPCRの重要な特徴の1つは、 7つの膜貫通αヘリックス 代替の細胞内および細胞外ループ領域によって相互接続されています。ヒトGPCRを図1に示します。

図1：GPCR

GPCRの主な役割は、アゴニストが受容体に結合すると、ヘテロ三量体Gタンパク質を活性化することです。

Gタンパク質共役型受容体はどのように機能するか

GPCRは、細胞膜に見られる受容体の一種です。アゴニストがGPCRに結合すると、一連の反応が起こり、細胞応答が引き起こされます。 GPCRの活性化による細胞応答の誘発に関与するステップを以下に説明します。

Gタンパク質共役型受容体がアゴニストに結合していない場合、それは不活性のままです。 Gタンパク質は細胞膜上でも不活性のままです。 Gタンパク質の3つのサブユニットは、Gsα、Gβ、およびGγです。 Gタンパク質の不活性状態には、Gsαドメインに結合したGDPが含まれています。
ホルモンや神経伝達物質などのリガンド/アゴニストが結合すると、GPCRはコンフォメーション変化を起こし、GEFドメインを活性化します。 GPCRのコンフォメーションの変化により、Gタンパク質のGEFドメインへの結合が可能になります。 Gタンパク質のGDPは、GEFドメインの作用によってGTPに置き換えられ、Gタンパク質が活性化されます。 GEFドメインは、単量体GTPaseを活性化して、GTPからのGDPを置き換えます。
活性化されると、GsαドメインはGPCR-Gタンパク質複合体から解離し、細胞膜上のエフェクター酵素に結合して活性化します。 活性化されたエフェクター酵素は、アデニル酸シクラーゼ、ホスホリパーゼCなどです。cAMP、イノシトール1、4、5-三リン酸、1,2-ジアシルグリセロールなどのセカンドメッセンジャーを生成します。これらのセカンドメッセンジャーは、サイトゾル内のさまざまなタイプのタンパク質を活性化します。特定の細胞応答を生成します。セカンドメッセンジャーは、特定の細胞メカニズムを活性化する細胞内シグナル伝達カスケードの開始成分です。
GsαドメインでのGTPのGDPへの加水分解は、エフェクター酵素から解離し、酵素を不活性化します。

GPCRの作用機序を図2に示します。

図2：GPCRの作用機序

結論

Gタンパク質共役型受容体は、真核生物の細胞膜上で最も豊富な種類の受容体です。それは、ホルモン、神経伝達物質、または外部刺激などのアゴニストの結合による活性化時に細胞機能を仲介します。 GPCRの活性化は、細胞膜上のGタンパク質の活性化につながります。活性化されたGタンパク質は、細胞膜上のエフェクター酵素に結合して、細胞質ゾルで細胞応答を引き起こすセカンドメッセンジャーを生成します。