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6.8: Récepteurs couplés aux protéines G
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G-protein Coupled Receptors
 
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6.8: G-protein Coupled Receptors

6.8: Récepteurs couplés aux protéines G

G-protein coupled receptors are ligand binding receptors that indirectly affect changes in the cell. The actual receptor is a single polypeptide that transverses the cell membrane seven times creating intracellular and extracellular loops. The extracellular loops create a ligand specific pocket which binds to neurotransmitters or hormones. The intracellular loops holds onto the G-protein.

The G-protein or guanine nucleotide-binding protein, is a large heterotrimeric complex. Its three subunits are labeled alpha (α), beta (β), and gamma (γ). When the receptor is unbound or resting, the α-subunit binds a guanosine diphosphate molecule or GDP, and all three subunits are attached to the receptor.

When a ligand binds the receptor, the α-subunit releases the GDP and binds a molecule of guanosine triphosphate (GTP). This action releases the α-GTP complex and the β-γ complex from the receptor. The α-GTP can move along the membrane to activate second messenger pathways such as cAMP. However there are different types of α-subunits and some are inhibitory, turning off cAMP.

The β-γ complex may interact with potassium ion channels which release potassium (K+) into the extracellular space resulting in hyperpolarization of the cell membrane. This type of ligand-gated ion channel is called a G-protein coupled inwardly rectifying potassium channel or GIRK.

Ligands do not permanently bind the receptor. When the ligand leaves the receptor, it becomes available for the G-protein units to recouple and reattach. Before this though, nearby enzymes must hydrolyze the GTP attached to the α-subunit back into GDP. Once this is achieved, the β-γ complex reassembles with the GDP-α complex, and the whole G-protein reattaches to its receptor domain.

Common G-protein coupled receptors are: muscarinic acetylcholine receptors found in skeletal muscles, Beta-1 adrenergic receptors in the heart, and vasopressin receptors on smooth muscle cells. In sensory systems, like olfactory receptors and some taste receptors, the binding ligands are environmental molecules. For example, sucrose molecules bind G-protein coupled receptors resulting in the perception of sweet taste.

Alterations in G-protein coupled receptors may play a substantial role in mood disorders, like depression. Serotonin is a ligand for the 5HT1A receptor, a G-protein coupled receptor. It has been suggested that, in depression, interactions between the ligand and the receptor are changed; either the ligand does not bind long enough or the receptor does not fully respond. This results in poor serotonergic signaling which manifests as depression.

Les récepteurs couplés à la protéine G sont des récepteurs de liaison ligand qui affectent indirectement les changements dans la cellule. Le récepteur réel est un seul polypeptide qui transverse la membrane cellulaire sept fois en créant des boucles intracellulaires et extracellulaires. Les boucles extracellulaires créent une poche spécifique de ligand qui se lie aux neurotransmetteurs ou aux hormones. Les boucles intracellulaires s’accrochent à la protéine G.

La protéine G ou protéine liant la nucléotide de guanine est un grand complexe hétérotrimérique. Ses trois sous-unités sont étiquetées alpha (α), bêta (β) et gamma (γ). Lorsque le récepteur n’est pas lié ou au repos, la sous-unité α lie une molécule de diphosphate de guanosine ou le PIB, et les trois sous-unités sont attachées au récepteur.

Lorsqu’un ligand lie le récepteur, l’α-sous-unité libère le PIB et lie une molécule de guanosine triphosphate (GTP). Cette action libère le complexe α-GTP et le complexe β-γ du récepteur. L’α-GTP peut se déplacer le long de la membrane pour activer les deuxièmes voies de messagerie telles que le cAMP. Cependant, il existe différents types de sous-unités α et certains sont inhibiteurs, éteindre cAMP.

Le complexe β-γ peut interagir avec les canaux ioniques de potassium qui libèrent du potassium (K+) dans l’espace extracellulaire entraînant une hyperpolarisation de la membrane cellulaire. Ce type de canal ion à la ligand est appelé un canal de potassium ou GIRK couplé à la protéine G.

Les ligands ne lient pas définitivement le récepteur. Lorsque le ligand quitte le récepteur, il devient disponible pour les unités de protéine G pour récupérer et rattacher. Avant cela cependant, les enzymes voisines doivent hydrolyser le GTP attaché à l’α-subunit de nouveau dans le PIB. Une fois cela réalisé, le complexe β-γ se réassemble avec le complexe GDP-α, et l’ensemble de la protéine G s’attache à son domaine récepteur.

Les récepteurs communs couplés à la protéine G sont : les récepteurs de l’acétylcholine muscarinique présents dans les muscles squelettiques, les récepteurs adrénergiques bêta-1 dans le cœur et les récepteurs de vasopressine sur les cellules musculaires lisses. Dans les systèmes sensoriels, comme les récepteurs olfactifs et certains récepteurs gustatifs, les ligands de liaison sont des molécules environnementales. Par exemple, les molécules de saccharose lient les récepteurs couplés à la protéine G, ce qui donne la perception du goût sucré.

Les altérations des récepteurs couplés aux protéines G peuvent jouer un rôle important dans les troubles de l’humeur, comme la dépression. La sérotonine est un ligand pour le récepteur 5HT1A, un récepteur couplé à la protéine G. Il a été suggéré que, dans la dépression, les interactions entre le ligand et le récepteur sont modifiées; soit le ligand ne se lie pas assez longtemps ou le récepteur ne répond pas entièrement. Il en résulte une mauvaise signalisation sérotonergique qui se manifeste par la dépression.


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