傅煦媛 - 國立臺灣大學

以系統學上分析之結果,將 GPCR 分成五個主要的家族:rhodopsin, secretin, glutamate,
adhesion, frizzled-taste-2。Rhodopsin 家族,又稱為 Class A family,是最大且目前被研
究最為詳細之 GPCR 家族。
GPCR 下游活化的 heterotrimeric G-protein 是由於其與 GTP 結合,而後進行 GTP
之水解而稱之。G-protein signaling system 可視為兩個部份:(I) GPCR,為一膜蛋白。在
圖中為 rhodopsin,其扮演的角色為接受細胞外之訊息;(II) heterotrimeric G-protein,包
括 α、β、γ 三個次單元,其扮演的角色為接受 GPCR 活化後,傳遞訊息至下游蛋白質,
調控細胞反應。
Gα subunit 又可依其活化之下游蛋白質,分成 Gαi、Gαs、Gαq、Gα12/13 四大家族。
其下游對應之訊息傳遞路徑如下:
Gαs
Gαi
Gαq
Gα12/13
Gαt
(G-protein transducin)
[屬於 Gαi]
刺激 (stimulation) adenylyl cyclase,使 cAMP 量累積。
cAMP 為一種二級訊息傳遞者 (secondary messanger),可
活化 protein kinase A。
抑制 (inhibition) adenylyl cyclase,使 cAMP 量降低。
活化 phospholipase C,水解
phosphoinositol-diphosphate,形成 IP3 及 diacylglycerol,
前者作用於 IP3 受器,釋放細胞內的 Ca 2+ ;後者可活化
protein kinase C。
活化 rho GEF (一 small GTP-binding 蛋白質 rho 的
guanine-nucleotide exchange factor)。和控制 cytoskeleton
remodeling 有關,調控 cell migration。
cGMP diesterase,可降低 cGMP 之含量,使原先與 Na +
channel 結合之 cGMP 減少,結束 Na + channel 之開啟狀
態,Na + channel 關閉,傳遞光之刺激。
Gβγ subunit 亦有不同的訊息傳遞,如活化的鉀離子通道、抑制 adenylyl cyclase I、活
化 adenylyl cyclase II,活化 phosphoinositol 專一之 phospholipase Cβ2/β3 等。因此,
細胞外的訊息分子,通過 GPCR、G protein、effectors、protein kinases、kinase substrates、
和其他分子,專一地在細胞中傳遞訊息反應。
GPCRs 基因與蛋白質特性
GPCR 基因特性
GPCRs 是人類細胞中蛋白質 superfamily 最大的家族。利用 GPCR 的兩大特性:
(1) 多數的 GPCR 基因沒有 introns;且 (2) 所有已知的 GPCR 蛋白質皆具有 7 個疏
水性胺基酸區域,被視為是穿膜區。作者分析人類基因體定序結果,分析出 335570 個
沒有 introns 的 ORF (open reading frame) 具有 200-1500 個胺基酸的序列。再利用生物
資訊軟體 SOSUI 分析出獨特的 1714 個 ORF 具有 6-8 個穿膜區。進一步和已知的
GPCR 比對,除去具有過短 loop 和高度同源性之 ORF,最後得到 581 個 GPCR 候
選人。而過去的研究中指出,人類基因體定序分析的結果,估計約有 839-948 個基因