GTP アーゼとその規制

GTP アーゼとしても知られるグアニンヌクレオチド結合タンパク質 (G タンパク質) は、細胞シグナル伝達、小胞輸送、細胞の形態と運動性の制御など、多くの細胞プロセスを制御するタンパク質のスーパーファミリーです。 これらのタンパク質の変異や機能不全は疾患を引き起こす可能性があります。既知の G タンパク質は約 40,000 種類あり、単一ドメインからなる小型Gタンパク質と大きなマルチドメイン G タンパク質の2つのグループに大別できます。

ヘテロ三量体 G タンパク質としても知られる大型 G タンパク質は、α、β、γ の 3 つのサブユニットで構成されます。α サブユニットには、G タンパク質共役受容体と相互作用して膜貫通シグナル伝達を媒介する保存されたドメインがあります。

低分子 G タンパク質は単一のサブユニットであり、さまざまな経路で細胞全体にシグナルを送ります。これらは配列と機能に基づいて、Ras、Rho、Rab、Ran、Arf の 5 つのサブファミリーに分類されます。Ras サブファミリーの変異は、肺、結腸、膵臓での癌性腫瘍の形成を引き起こします。Rho サブファミリーは、アクチンの再編成と微小管細胞骨格の動態を制御します。 小型 G タンパク質の中で最大の Rab サブファミリーは、分泌経路およびエンドサイトーシス経路における小胞輸送および膜輸送を制御します。Ran サブファミリーは、核孔および有糸分裂紡錘体の集合および機能を介して、RNA およびタンパク質の核細胞質輸送を調節します。 Arfサブファミリーは小胞輸送と膜輸送に関与しています。

G タンパク質は GTP/GDP 結合によって調節され、固有の GTP アーゼ活性を持っています。つまり、G タンパク質は GTP を GDP に加水分解できます。GTP が結合すると、G タンパク質は「オン」状態になります。つまり、タンパク質は細胞内のシグナル伝達カスケードを促進します。 GDP が結びつけられている場合、GDP は「オフ」状態になり、シグナリングが停止します。G タンパク質活性化の制御は、GDPの解離を助けるグアニンヌクレオチド交換因子(GEF)と、GTP 加水分解を刺激する GTP アーゼ活性化タンパク質(GAP)によってさらに制御されます。さらに、グアニン解離阻害剤(GDI)は低分子 GTP アーゼに結合し、膜または細胞質内での位置を制御します。