G-proteiinikytkentäiset reseptorit
G-proteiinikytkentäiset reseptorit eli GPC-reseptorit tai GPCR:t ovat solukalvon läpäiseviä reseptoreita, jotka ovat solun sisäpuolella kytköksissä johonkin G-proteiiniin. GPCR:t koostuvat seitsemästä solukalvon läpäisevästä α-kierteestä. GPCR:t sitovat solun ulkopuolella niille ominaisen ligandin, kuten välittäjäaineen, joka saa reseptorin G-proteiinin irtoamaan ja vaikuttamaan sille ominaisiin entsyymeihin tai ionikanaviin, jotka taas vaikuttavat edelleen solun eri toimintoihin. Eräs esimerkki GPCR:stä ovat serotoniinireseptorit, joiden ominainen ligandi on serotoniini. Monet lääkkeet toimivat vaikuttamalla GPCR:iin.[1]
Rakenne
muokkaaGPCR:t ovat upottautuneet solujen kaksoislipidikalvoihin, kuten solukalvoon. GPCR:t ovat yleensä 350–400 aminohapon pituisia peptidiketjuja, mutta joissakin on jopa 1100 aminohappoa. Ketju muodostaa 7 kalvon läpäisevää α-kierrettä. Solukalvossa ollessaan GPCR:n peptidiketjun N-terminaali on solun ulkopuolella ja C-terminaali sisäpuolella. N-terminaalissa ja mahdollisesti sen lähialueella on reseptorin ligandin (esimerkiksi välittäjäaineen) sitova alue eli ortosteerinen alue. C-terminaalissa on G-proteiinin sitova proteiinidomeeni. Yleensä GPCR:t ovat solukalvoissa kahden GPCR:n pareina eli proteiinidimeereinä.[1]
Toiminta
muokkaa
A: hormoni sitoutuu GPCR:ään (punainen), joka on solukalvossa (harmaa).
B: solukalvoon ankkuroitunut G-proteiini (sini-keltainen) liittyy GPCR:ään.
C: G-proteiinin α-yksikköön (keltainen) liittyy GTP GDP:n tilalle.
D: GTP:n sitova α-yksikkö irtoaa βγ-yksiköstä ja saa adenylaattisyklaasin (vihreä) tuottamaan toisiolähettinä toimivaa cAMP:tä.
Solukalvoon kiinnittyneen GPCR:än solun sisäpuolisessa osassa voi olla kiinni G-proteiini ennen kuin GPCR sitoo agonistin (välittäjäaineen tai vastaavan aineen), muttei välttämättä. G-proteiinit ovat solukalvoon ankkuroituneita heterotrimeereitä: ne koostuvat kolmesta proteiinista: α- β- ja γ-yksiköstä. G-proteiinit ovat GTPaaseja, eli ne hajottavat guanosiinitrifosfaattia (GTP) guanosiinidifosfaatiksi (GDP). G-proteiinin α-yksikkö voi sitoa GDP:n.[1]
Kun GPCR sitoo agonistin, GPCR:n kolmiulotteinen muoto (konformaatio) muuntuu, jolloin sen sitoman G-proteiinin GDP irtoaa ja tilalle liittyy GTP. Tällöin G-proteiini irtoaa GPCR:stä ja G-proteiini hajoaa kahteen osaan: GTP:n sitovaksi α-yksiköksi (GTP-α-kompleksiksi) sekä β- ja γ-yksiköiden yhdistelmäksi (βγ-kompleksiksi). Nämä kompleksit voivat diffusoitua solukalvon sisäpintaa pitkin ja liittyä erilaisiin entsyymeihin ja ionikanaviin lisäten tai vähentäen niiden toimintaa. Se, että kasvaako vai väheneekö toiminta, riippuu G-proteiinista. Vanhentuneen tutkimustiedon mukaan vain GTP-α-kompleksi vaikuttaa entsyymeihin tai ionikanaviin, mutta todellisuudessa kummatkin, GTP-α ja βγ, voivat vaikuttaa niihin. G-proteiinien vaikutuskohteena – G-proteiinityypistä riippuen – ovat yleensä adenylaattisyklaasi, fosfolipaasi C, kalsiumionikanavat, kaliumionikanavat, RhoA-kinaasi, Rho-kinaasi tai MAP-kinaasi.[1]
Agonistin reseptorin kautta välittämä signaali voimistuu, sillä yksittäinen GPCR voi agonistin sitoessaan aktivoida vuorotellen monta G-proteiinia. G-proteiinien vaikutuskohteena olevat entsyymit taas voivat tuottaa monia toisioläheteiksi kutsuttuja aineita, jotka kohdistavat vaikutuksensa joihinkin solun osiin. Monien toisiolähettien muodostuminen monistaa signaalia entisestään.[1]
GPCR:n C-terminaalin ja muiden reseptorin solun sisäpuolella olevien seriinien ja treoniinien fosforylaatio erilaisten kinaasien toimesta voi heikentää GPCR:n toimintaa. Periaatteessa GPCR lopettaa toimintansa kokonaan agonistin irrotessa reseptorista. Monet GPCR:t voivat tosin aktivoitua spontaanisti ilman agonistia. Tätä kutsutaan konstitutiiviseksi aktiivisuudeksi ja siihen perustuu esimerkiksi käänteisagonistien toiminta. G-proteiinin aktiivisuus taas loppuu kun α-yksikkö lopulta hydrolysoi GTPaasiaktiivisuudellaan GTP:n GDP:ksi ja α-yksikko liittyy takaisin βγ-kompleksiin. α-yksikköön voi sitoutua erilaisia säätelijäproteiineja, jotka hidastavat tai nopeuttavat GTP:n hydrolyysiä.[1]
Luokittelu
muokkaaA–F-ryhmät
muokkaaA–F-luokittelu on eräs laajimmin käytetyistä GPCR:ien luokittelujärjestelmistä.[2] Siinä GPCR:t jaetaan seitsemään ryhmään niiden rakenteen samankaltaisuuden perusteella. Kullakin ryhmällä on kirjainsymboli A, B, C, D, E, F tai O. Nämäkin ryhmät voidaan jakaa vieläkin pidemmälle eri alaryhmiin.[3] Kolakowski keksi A–F-luokittelun vuonna 1994.[4][5] Internetin GPCRdb-tietokanta perustuu tähän luokitteluun.[2]
A-ryhmä
muokkaaA-ryhmä eli rodopsiinin kaltainen reseptoriperhe – tähän ryhmään kuuluu eniten tunnettuja GPCR:iä. A-ryhmän reseptoreissa N-terminaalinen proteiinidomeeni on verrattain lyhyt. Siksi se sisältää ligandin sitovan ortosteerisen alueen vain osittain. Ligandia sitova alue sijoittuu osin myös α-kierteisiin III, VI ja VIII.[6]
A-ryhmään kuuluvat muun muassa:[7]
- adenosiinireseptorit
- adrenoreseptorit
- anafylatoksiinireseptorit
- angiotensiinireseptorit
- apeliinireseptorit
- bradykiniinireseptorit
- dopamiinireseptorit
- endoteliinireseptorit
- epoprostenolireseptori
- FFA-reseptorit (esteröitymättömien rasvahappojen reseptorit)
- FSH-reseptori (follitropiini-reseptori)
- galaniinireseptorit
- gastriinia vapauttavan peptidin reseptori
- gonadotropiinireseptorit
- greliinireseptori
- histamiinireseptorit
- kannabinoidireseptorit
- kemokiinireseptorit
- kisspeptiini 1:n reseptori
- kolekystokiniinireseptorit
- leukotrieenireseptorit
- LH-reseptori (luteinisoivan hormonin reseptori)
- lysofosfatidireseptorit
- melaniinia konsentroivan hormonin reseptorit (MCH1 ja MCH2)
- melanokortiinireseptorit
- melatoniinireseptorit
- motiliinireseptori
- muskariinireseptorit (mAChR)
- neuromediinireseptorit
- neuropeptidi Y -reseptorit
- neurotensiinireseptorit
- niasiinireseptorit
- oksitosiinireseptori
- opioidireseptorit
- oreksiinireseptorit
- prostaglandiinireseptorit
- purinergiset reseptorit
- relaksiinireseptorit
- rodopsiini
- serotoniinireseptorit
- sfingosiini-1-fosfaatin reseptori
- somatostatiinireseptorit
- takykiniinireseptorit
- trombiinireseptorit
- tromboksaanireseptorit
- urotensiini II -reseptori
- vasopressiinireseptorit
B-ryhmä
muokkaaB-ryhmä eli sekretiinin kaltainen reseptoriperhe – nämä ovat rakenteellisesti A-ryhmän kaltaisia, mutta niissä on yleensä pidempi N-terminaalinen proteiinidomeeni, joka tuottaa neljästä β-levystä koostuvan proteiinidomeenin. N-terminaalin pituus on yleensä noin 120 aminohappoa. B-ryhmän reseptorien ligandit ovat peptideitä, josta esimerkki on kortikotropiini.[6]
B-ryhmään kuuluvat muun muassa kalsitoniinireseptori, kalsitoniinireseptorin kaltainen proteiini (CACLR tai CRLR), kortikoliberiinireseptorit 1 (CRF1) ja 2 (CRF2), glukagonireseptori, GLP-1-reseptori, GLP-2-reseptori, mahan inhibitorisen polypeptidin reseptori (GIPR), somatoliberiinireseptori (GHRH), vasoaktiivisen suolipeptidin reseptorit eli VIP-reseptorit 1 (VPAC1) ja 2 (VPAC2), PACAP-reseptori (PAC1R), lisäkilpirauhashormonireseptorit 1 (PTH1R) ja 2 (PTH2R) sekä sekretiinireseptori.[8]
C-ryhmä
muokkaaC-ryhmän GPCR:t eroavat muista GPCR-perheistä siinä, että ne ilmenevät kahden C-ryhmän reseptorin pareina, eli homo- tai heterodimeereinä, ja niissä on pidempi N-terminaali, joka tuottaa kärpäsloukkua muistuttavan proteiinidomeenin (eng. venus flytrap domain, lyhenne VFT). N-terminaalinen VFT sisältää ligandia sitovan ortosteerisen kohdan kokonaisuudessaan, eikä vai osittain.[9] VFT vaihtelee auki ja kiinni olevan konformaation välillä. Reseptorin aktivoivat agonistit yleensä vakauttavat kiinni olevaa muotoa ja antagonistit auki olevaa. Reseptorien dimerisaatio tapahtuu VFT:n välityksellä.[6]
C-ryhmään kuuluvat muun muassa metabotrooppiset glutamaattireseptorit (mGluR), GABAA-reseptori, GABAB-reseptori, kalsiumia aistiva reseptori ja tyypin 1–3 makureseptorit.[9]
D–F ja O-ryhmät
muokkaaD-ryhmään kuuluvia reseptoreita on vain sienissä. Esimerkkejä näistä ovat Ste2- ja Ste3-reseptorit.[10] E-ryhmään kuuluvat cAMP-reseptorit, joita on limasienissä.[2] F-ryhmään kuuluvat muun muassa frizzled- ja smoothened-reseptorit, joita on eläimissä.[3]
O-ryhmään kuuluvat muut (eng. other) GCPR:ien kaltaiset proteiinit, joissa on siis 7 kaksoiskalvon läpäisevää α-kierrettä, joiden ei kuitenkaan tiedetä sitoutuvan G-proteiineihin.[11]
GRAFS
muokkaaGRAFS-luokittelun keksivät Schiöth ja kollegat vuonna 2005. Siinä GPCR:t jaetaan viiteen ryhmään: glutamaatti- (G), rodopsiini- (R), adheesio- (A), frizzled- (F) ja sekretiinireseptorien (S) reseptoriperheisiin niiden sukulaisuussuhteen eli fylogenian perusteella.[5][2]
Lähteet
muokkaa- ↑ a b c d e f HP Rang et al: Rang and Dale's pharmacology, s. 27–39. (8. painos) Elsevier, 2016. ISBN 9780702053627
- ↑ a b c d G Hu, T Mai, C Chen: Visualizing the GPCR network: classification and evolution. Scientific Reports, 2017, 7. vsk, nro 1, s. 15495. doi:10.1038/s41598-017-15707-9 ISSN 2045-2322 Artikkelin verkkoversio.
- ↑ a b MN Davies et al: On the hierarchical classification of G protein-coupled receptors. Bioinformatics, 2007, 23. vsk, nro 23, s. 3113–3118. doi:10.1093/bioinformatics/btm506 ISSN 1367-4803 Artikkelin verkkoversio.
- ↑ LF Kolakowski: GCRDb: a G-protein-coupled receptor database. Receptors & Channels, 1994, 2. vsk, nro 1, s. 1–7. PubMed:8081729 ISSN 1060-6823
- ↑ a b HB Schiöth, R Fredriksson: The GRAFS classification system of G-protein coupled receptors in comparative perspective. General and Comparative Endocrinology, 2005, nro 1, s. 94–101. doi:10.1016/j.ygcen.2004.12.018 ISSN 0016-6480 Artikkelin verkkoversio.
- ↑ a b c S Lee, JM Booe, AA Pioszak: Structural insights into ligand recognition and selectivity for class A, B, and C GPCRs. European journal of pharmacology, 2015, 763. vsk, s. 196–205. PubMed:25981303 doi:10.1016/j.ejphar.2015.05.013 ISSN 0014-2999 Artikkelin verkkoversio.
- ↑ SM Foord et al: International union of pharmacology. XLVI. G protein-coupled receptor list. Pharmacological Reviews, 2005, 57. vsk, nro 2, s. 279–288. PubMed:15914470 doi:10.1124/pr.57.2.5 ISSN 0031-6997 Artikkelin verkkoversio.
- ↑ G Liapakis et al: Family B G Protein-coupled Receptors and their Ligands: From Structure to Function. Current Medicinal Chemistry, 2017, 24. vsk, nro 31. doi:10.2174/0929867324666170303162416 Artikkelin verkkoversio.
- ↑ a b A Ellaithy et al: Structural and biophysical mechanisms of class C G protein-coupled receptor function. Trends in Biochemical Sciences, 2020, 45. vsk, nro 12, s. 1049–1064. PubMed:32861513 doi:10.1016/j.tibs.2020.07.008 ISSN 0968-0004 Artikkelin verkkoversio.
- ↑ V Velazhahan et al: Structure of the class D GPCR Ste2 dimer coupled to two G proteins. Nature, 2021, 589. vsk, nro 7840, s. 148–153. PubMed:33268889 doi:10.1038/s41586-020-2994-1 ISSN 1476-4687 Artikkelin verkkoversio.
- ↑ E Horst et al: A novel chemogenomics analysis of G protein-coupled receptors (GPCRs) and their ligands: a potential strategy for receptor de-orphanization. BMC Bioinformatics, 2010, 11. vsk, nro 316. PubMed:20537162 doi:10.1186/1471-2105-11-316 ISSN 1471-2105 Artikkelin verkkoversio.