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G 단백질 결합 수용체(GPCRs)란 무엇인가?

이름에서 알 수 있듯이, G 단백질 결합 수용체(GPCRs)는 다양한 세포 외 신호를 인식할 때 세포 내의 헤테로트리머 GTP 결합 조절 단백질(G 단백질)과 결합됩니다. 이러한 신호 분자는 아드레날린, 노르에피네프린, 히스타민, 5-하이드록시트립타민과 같은 생리학적 아민 호르몬과 브래디키닌, 황체 형성 호르몬, 부갑상선 호르몬과 같은 펩타이드 호르몬, 그리고 냄새 분자와 빛 양자 등을 포함합니다. GPCR은 7개의 막을 가로지르는 헬릭스를 포함하며, 세 개의 짧은 세포 외부(ECL) 및 세포 내부(ICL) 루프가 연결되어 있어 "7-막 횡단 수용체(7-TM 수용체)"라고도 알려져 있습니다.

GPCR 신호 전달 경로란 무엇인가?

GPCR은 염증 인자, 호르몬, 성장 인자 등 다양한 리간드에 의해 활성화될 수 있습니다. 활성화된 GPCR은 구아닐레이트 교환 인자(GEF)의 특성을 보입니다. GPCR이 G 단백질과 결합하면, 활성화된 GPCR은 GDP→GTP 뉴클레오타이드 교환을 촉진하여 G 단백질을 활성화시키고, Gα 아단위가 Gβγ 다이머로부터 분리되며, 각 단위가 특정 효과기 단백질의 활성을 조절합니다. 이 과정은 세포 외 신호를 세포 내로 전달하고, 다양한 생리학적 효과를 유도하는 신호의 폭발적 증폭을 촉발합니다. 이러한 효과에는 세포 증식, 생존, 분화, 이동, 세포 외 기질 분해, 혈관 형성, 전이 및 암 발생 등이 포함됩니다.

Gα 아단위는 네 가지 아계통으로 나눠집니다: Gαs, Gαi, Gαq/11, Gα12/13. 각 아계통은 서로 다른 하류 효과기를 활성화하여 독특한 세포 반응을 유도합니다.

• Gαs: 아데닐레이트 사이클라제(AC) 활성을 증가시켜 ATP로부터 cGMP를 합성합니다. cAMP는 PKA를 활성화시키고, Rap-1→B-Raf→MEKs→ERKs 또는 PKA→CAEB 연쇄 사건을 일으켜 궁극적으로 유전자 전사를 조절합니다.
• Gαi: AC의 억제자로 작용하여 cAMP 수준을 낮추고, cAMP 의존성 경로를 억제합니다.
• Gαq/11: 세포막에 고정된 포스포리파제 C 베타(PLC-β)를 활성화시킵니다. PLC-β는 세포막의 내부 지질인 PIP2를 분해하여 DAG와 IP3를 생성합니다. IP3는 내세포질의 칼슘 이온 채널을 열어 칼슘 이온이 유리되도록 합니다. 이는 PKC를 활성화시키고 다양한 반응을 유도합니다.
• Gα12/13: 작은 G 단백질 RhoA를 조절하여 세포 골격의 재구성을 촉진하는 역할을 합니다.

Gβγ 아단위는 K+ 및 Ca2+ 채널의 활성을 조절하고, PI3K, P-Rex-1, β-아드레날린 수용체 키나제와 같은 단백질을 세포막에 모집하는 역할을 합니다. 많은 효과기는 α 및 βγ 아단위에 의해 조절됩니다.

GPCR 신호 전달 경로의 기능

GPCR 신호 전달 경로는 많은 생리학적 과정에 관여합니다. 여기에는 광감수성 및 후각, 행동 및 감정 조절, 면역 시스템 조절, 자율 신경계 조절, 세포 밀도 조절, 항상성 유지 등이 포함됩니다.

GPCR 신호 전달 경로와 질병

GPCR은 거의 모든 생리학적 과정을 조절하며 임상에서 중요한 역할을 합니다. 따라서 GPCR 신호 전달 경로의 결함은 다양한 기능 장애와 질병을 초래할 수 있습니다.

GPCR 매개 신호 전달 경로의 이상은 심혈관 질환, 유전 질환, 종양 및 일부 감염성 질환에서 나타날 수 있습니다.

• 콜레라 독소: 콜레라 독소는 G 단백질 α 아단위의 GTPase 기능을 촉진하여 AC의 지속적인 활성화를 유도합니다. 이는 ATP에서 대량의 cAMP를 생성하게 하고, 세포막의 이온 채널을 열어 많은 이온과 물이 세포 외부로 빠져나가면서 탈수 증상을 초래합니다.

GPCR 수용체의 돌연변이는 여러 가지 유전성 및 후천성 질환을 유발할 수 있습니다. 예를 들어, 색소성 망막염(RP), 갑상선기능항진증, 신장성 요붕증, 일부 생식 관련 장애, 심지어 암까지 발생할 수 있습니다. 많은 연구 결과 GPCR 신호 이상과 암 발생 및 발전 간의 상관 관계가 밝혀졌습니다. 예를 들어, LPA 수용체는 난소암, 유방암, 대장암, 전립선암에서 고도로 발현되며, 엔도텔린 수용체는 대장암, 전립선암 및 흑색종에서 고도로 발현됩니다.

G protein coupled receptor signaling pathway 리스트 2

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