G-Protein gekoppelte Rezeptoren
Werbung
G-Protein gekoppelte Rezeptoren ¾ Bedeutung, Funktionen, Liganden ¾ Prinzipielle Funktionsmechanismen ¾ Klassifizierung und Eigenschaften ¾ von G-Proteinen ¾ Desensitivierung ¾ Beispiele G-Protein gekoppelte Rezeptoren Sensorik Sehprozess (Rhodopsin) Riechen und Schmecken (mehrere 100 verschiedene GPCR) Neuronale Prozesse 5-Hydroxytryptamin-Rezeptoren Dopamine-Rezeptoren Glutamate-Rezeptor Mucarinische Acetylcholin-Rezeptoren Steuerung Cardiovasculäre Prozesse Adrenerge Rezeptoren, Mucarinische Acetylcholin-Rezeptoren schnelle, spezifische Response „geradlinige“ Signaltransduktion GPCRs als drug targets GPCRs als drug targets Klassifizierung der GPCR Ligandenbindung Kristallstruktur eines GPCR: Rhodopsin Signalpropagation durch die Membran ¾ Konformationsänderung durch Bindung des Liganden ¾ Agonisten und inverse Agonisten ¾ Konformationsänderung ist geschwindigkeitsbestimmend ...weitere Einflüsse ¾ Homo- und Heterodimerisierung von GPCR ¾ Direkte Interaktion mit anderen Proteinen in der Membran Homer, A Kinase Anker Proteine (AKAP) Ligandenbindung: Agonisten und Antagonisten Konformationsänderung inaktiv aktiv Wie wird Konformationsänderung ausgelöst? Sequentielles 2-Zustandsmodell G-Proteine ¾ Große α und β-Untereinheiten (37-46 kDa) ¾ Kleine γ-Untereinheit (8kDa) ¾ α-Untereinheit hat GTPase-Aktivität ¾ β und γ-Untereinheiten fest assoziiert ¾ 20 Gene für α-Untereinheit, ¾ 5 für β-Untereinheit ¾ 12 für γ-Untereinheit Theoretische >1000 Kombinationen möglich Spezifität ist durch α-Einheit bestimmt, die Rolle von βγ-Einheit komplex Aufbau der G-Proteine PTM: Membran-Verankerung GPCR-G-Protein Hamm Aktivierung der heterotrimeren G-Proteine 0.01-0.05 GTP/s Effektor-Aktivierung Transducin-GDP Transducin-GTP Schalter II/III vermittelt zum Effektor (AC, PDEγ) Interaktion mit βγ-Untereinheit im Bereich Schalter I/II Effektor-Aktivierung 1-5 GTP/s Klassifizierung der heterotrimeren G-Proteine Gs: Stimulierung von Adenylatcyclase (aktiviert durch Cholera-Toxin) Gi: Inhibition von Adenylatcyclase, Ca2+-Kanäle (inhibiert durch Pertussis-Toxin) Gq: aktiviert Phospholipase Cβ (IP3, DAG) (von keinem Toxin inhibiert) G12: kleine G-Proteine Klassifizierung der heterotrimeren G-Proteine Gs αs ubiquitär αolf Nasales Epithelium Gi αi1,αi2,αi3 αoA αt1,transducin meist ubiquitär Gehirn Retina αg (gustducin) αz Geschmacksknospen ??? Gehirn Gq ubiquitär αq α11,α14,α15,α16 G12 α12,α13 ubiquitär β-adrenergischer Rezeptor Glucagon Rezeptor Olfaktorische Rezeptoren Adenylylcyclase (akt.) Ca2+-Kanäle (akt.) Adenylylcyclase (akt.) α2-adrenergischer Rezeptor K+-Kanäle (akt) Ca2+-Kanäle (deakt.) cGMP-spezifische Phosphodiesterase (akt.) Adenylylcyclase (deakt.) Adenylylcyclase (deakt.) Rhodopsin α1-adrenergischer Rezeptor PhospholipaseCβ (akt) GEF p115 (->Rho) Funktionen der βγ-Untereinheit ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ Adenylatcyclase K+-Kanäle GRKs (GPCR-Kinasen) RGS (Regulatoren des G-Protein Signaling) Phospholipase Cβ Ca2+-Kanäle Phosducin PI3-Kinase γ Regulatoren von GPCR-Signaling Phosducin GRK: GPCR-Kinasen, Desensitivierung RGS: Regulatoren des G-Protein Signaling (GAP-Funktion) Phosducin: blockiert Gβγ Desensitivierung über β-Arrestin Rezeptor-Phosphorylierung über GPCR-Kinase (GRK) Phosphorylierung durch PKA Feedback von der Aktivierung der Adenylatcyclase Außerdem: AKAPs lokalisieren PKA nahe an GPCR Neue Paradigmen der GPCR-Aktivierung Dimerisierung, Oligomerisierung „Kreuz-Regulation“ Multiproteinkomplexe, Microdomänen/Rafts Effizienz Aktivierung von weiteren Signalwegen Die zwei wichtigsten Signalwege Übersicht über die Effektoren von Gα und Gβγ Aktivierungs-Zyklus AC Rhodopsin ¾ ist im Dunklen stabil und läßt sich in mg-Mengen gewinnen ¾ Konstitutiver Ligand 11-cis Retinal ¾ dient als photochemisch aktiver Chromophor ¾ photolytische cis-trans-Isomerisierung löst Signaltransduktion aus ¾ kovalente Bindung zwischen Retinal und Rhodopsin ¾ (Carbonlygruppe bildet Schiffsche Base mit Lysinrest) Topologie von Rhodopsin Kristallstruktur von Rhodopsin Bindungstasche Konformationsänderung Signaltransduktion Extrem schnelle Signaltransduktion ¾ Rhodopsin rekrutiert Gi-Protein Transducin ¾ α-Untereinheit von Transducin aktiviert Phosphodiesterase ¾ Phosphodiesterase spaltet cGMP ¾ cGMP dissoziert von Na-Kanälen, die daraufhin geschlossen werden Aktivierung von Rhodopsin in Stäbchen-Zellen Signalamplifikation Funktionszyklus β-adrenerge Rezeptoren ¾ Zentrale Rolle für die cardiovaskuläre Performance ¾ Zwei verschiedene Rezeptoren, β1 und β2 ¾ 71% Homologie und 54% Identität ¾ Beide wirken über Aktivierung der Adenylatcyclase (Gs) ¾ Desensitivierung über GRK, PDE und Phosphatasen Topologie
