傅煦媛 - 國立臺灣大學

More documents

Recommendations

Info

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
可能是 GPCR。其中包括 481 個是嗅覺受體、28 個苦味受體、330 個胞內源性 ligand 受體,還有 0-109 個尚未以同源性分析可比對出之同源 GPCR 之未知新型 GPCR (或稱為孤兒 GPCR, orphan GPCR)。 GPCR 蛋白質與結構特性 GPCR 種類繁多。有趣的是其蛋白質序列同源性不高,但在結構上卻具有高度相似性:均為一條多肽鏈,形成七次穿膜之 α 螺旋結構 (seven transmembrane domain receptors, 7TM receptors)。從 2000 年開始,rhodopsin 的結構被解析出後,到目前為止, 總共有 5 個重要的 GPCR 結構被解出。和同是 7TM receptor 的 bacteriorhodopsin (BR) 相比,其七個穿膜區的 α 螺旋不互相平行也不垂直於膜面,且在 C-ter. 具有第八個 α 螺旋和膜平行。 Bovine Rhodopsin Squid Rhodopsin Turkey β1 adrenergic receptor Human β2 adrenergic receptor Human A2A adenosine receptor 2000 2008 2008 2007 2008 而在真實生理狀態的細胞中,GPCR 除了和訊息傳遞 heterotrimeric G-protein 形成 complex 外,在膜上形成的四級結構也是 GPCR 正常生理作用的關鍵。有些 GPCR 是已知與其他蛋白質形成 hetero-oligomers。像是 RAMPs (receptor-activity-modifying proteins) 和用於運輸降鈣素受體類受體之相互作用是其功能必須的。RAMPs 是一新的家族,為一具有單跨膜區的蛋白質。目前已經發現許多 GPCR 需要這樣的輔助蛋白質來執行功能。 GPCR 的去敏化 (desensitization) GPCR 在長時間接觸 ligand 後,會降低其對於此刺激物的反應,稱為去敏化 (desensitization)。Desensitization 可以分成三個階段:首先,和 G proteins 去耦合,接著發生 internalization (sequestration),此時,這些 GPCR 仍處於可以再度回到細胞膜上進行下一次接受訊息;而最後一步不可逆的是進行 down-regulation,這時,這些 GPCR 會被不可逆的降解。目前 GPCR 的 desensitization 機制仍未完全釐清。且在各 subtype 的 GPCR 中 desensitization 的機制和閥值皆不同。為一生理中受到高度調控的現象。
Page 1: 國立臺灣大學微生物與生
Page 5: 利用 GPCRs 和 G protein α subun

傅煦媛 - 國立臺灣大學

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?