Gタンパク質

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Gタンパク質（Gタンパクしつ）は、グアニンヌクレオチド結合タンパク質（グアニンヌクレオチドけつごうタンパクしつ）の略称であり、セカンドメッセンジャー・カスケードに関連するタンパク質のファミリーである。細胞内の生化学的反応を切り替える「スイッチ」としてグアノシン三リン酸 (GTP)をグアノシン二リン酸 (GDP)へ替えるため、この名がついている。これを発見し調査したアルフレッド・ギルマンとマーティン・ロッドベルは1994年のノーベル生理学・医学賞を受賞した。

[編集] 性質概要

Gタンパク質はGTPアーゼという大きなグループに属している。「Gタンパク質」と言えば大抵は膜受容体関連ヘテロ三量体Gタンパク質（「大きな」Gタンパク質：全体の分子量は100kDa前後）を指す。これらのタンパク質はGタンパク質共役受容体により活性化され、α，β，γサブユニットからなる。

そのほかにRasの様な「小さな」Gタンパク質、つまり低分子量GTPアーゼ（分子量は20から30kDaほど）もあり、単量体で膜と結合していないが（ただし疎水性のアンカー[碇]分子と結合することで膜に局在するものはある）、やはりGTPおよびGDPと結合してシグナル伝達に関連する。

Gタンパク質は細胞で最も重要なシグナル伝達分子の一つであり、糖尿病、アルコール依存症、ある種の下垂体がんなどの疾病はGタンパク質の機能不全によるものであると考えられる。したがってそれらの機能、シグナル経路、タンパク質相互作用を理解することにより、治療や様々な予防措置が期待できる。

[編集] 受容体活性化Gタンパク質

受容体活性化Gタンパク質は細胞膜の内表へ結合し、G_α及び固く結合したG_βγサブユニットから成る。リガンドがGタンパク結合受容体を活性化するとき、Gタンパク質は受容体と結合して、持っているGDPをG_αサブユニットから切り離し、GTPの新しい分子と結合する。この交換により、G_αサブユニット、G_βγ二量体、受容体がそれぞれ分離する。G_α-GTPとG_βγのそれぞれ別の『シグナリング・カスケード』（つまりセカンドメッセンジャー経路）とエフェクタータンパク質を活性化、その一方で受容体は次のGタンパク質と反応できる。G_αサブユニットは最終的にその固有の酵素活性により結合したGTPをGDPへ加水分解することで、G_βγと結合して新しい周期を始める。

Gタンパク質が引き金となるシグナリング・カスケードのよく特徴付けられた例としてcAMP経路がある。アデニル酸シクラーゼという酵素はG_αs-GTPに活性化され、セカンドメッセンジャー環状アデノシン一リン酸 (cAMP)をATPから合成する。セカンドメッセンジャーはそのとき他の下流のタンパク質と反応して細胞の様子を変える。

[編集] αサブユニット

G_αサブユニットはGTPアーゼドメインとαヘリックスドメインの二つのドメインから成る。少なくとも20種類のαサブユニットが存在し、下の様なファミリーに分類される：

• G_αsまたはG_s（刺激） - アデニル酸シクラーゼを活性化してcAMP合成を増加
• G_αiまたはG_i（抑制） - アデニル酸シクラーゼを抑制
• G_olf （嗅覚） - 嗅覚受容体と結合
• G_t （トランスデューシン） - 網膜のロドプシンと結合して視覚シグナルを伝達
• G_q - ホスホリパーゼCを刺激
• G_12/13ファミリー - 細胞骨格、細胞間結合や他の動作に関連する過程を調節

[編集] βγ複合体

β及びγは互いに固く結合しており、G_βγ複合体と呼ばれる。G_βγ複合体はG_αサブユニットから、GDP-GTP交換の後に放出される。自由になったG_βγ複合体は他のセカンドメッセンジャーを活性化させたり、直接イオンチャネルを開閉することで、それ自体シグナル分子として働くことができる。例えば、G_βγ複合体はヒスタミン受容体と結合するとホスホリパーゼA₂を活性化できるG_βγ複合体はムスカリン性アセチルコリン受容体に結合し、一方で直接、内向き整流性カリウム (GIRK)チャンネルを開く。

[編集] 参考文献

• Kandel, Eric, James Schwartz, and Thomas Jessel. 2000. Principles of Neural Science. 4th ed. McGraw-Hill, New York.
• Voet, Donald and Judith G. Voet. 1995. Biochemistry 2nd ed. John Wilely & Sons, New York.