4.11: GTPアーゼとその規制

グアニンヌクレオチド結合タンパク質(Gタンパク質)は、GTPアーゼとも呼ばれ、細胞シグナル伝達、小胞輸送、細胞の形状と運動性の調節など、多くの細胞プロセスを調節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突然変異や機能不全は、病気につながる可能性があります。約40,000種類の既知のGタンパク質があり、それらは大きく分けて2つのグループ(単一ドメインからなる小さなGタンパク質と大きなマルチドメインGタンパク質)に分類できます。

大きなGタンパク質は、ヘテロ三量体Gタンパク質とも呼ばれ、α、β、γの3つのサブユニットで構成されています。αサブユニットは、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を持っています

小さな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伝達します。それらは、配列と機能に基づいて5つのサブファミリー(Ras、Rho、Rab、Ran、Arf)に分けられます。Ras亜科の変異は、肺、結腸、および膵臓に癌性腫瘍の形成につながります。Rhoサブファミリーは、アクチンの再編成と微小管の細胞骨格ダイナミクスを調節します。Rab サブファミリーは、最大の小さな G タンパク質ファミリーであり、分泌経路とエンドサイトーシス経路における小胞輸送と膜輸送を調節します。Ran サブファミリーは、核孔と有糸分裂紡錘体の集合体と機能を通じて、RNA とタンパク質の核細胞質輸送を調節します。Arf亜科は、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結合によって制御され、固有のGTPアーゼ活性を持っています。つまり、GTPをGDPに加水分解することができます。GTPが結合すると、Gタンパク質は「ON」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が結合すると、「OFF」状態になります。 信号を停止させます。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、小さなGTPアーゼに結合し、膜または細胞質におけるそれらの位置を調節することができます。