หน่วยรับที่จับคู่กับจีโปรตีน

GPCR
หน่วยรับคือ beta-2 adrenergic receptor ของมนุษย์เมื่อรวมเป็นคอมเพล็กซ์กับยา carazolol ซึ่งมีฤทธิ์เป็น β-adrenergic receptor partial inverse agonist
ป้ายระบุ
สัญลักษณ์	7tm_1
พีแฟม	PF00001
อินเทอร์โปร	IPR000276
PROSITE	PDOC00210
TCDB	9.A.14
โอพีเอ็ม ซูเปอร์แฟมิลี	6
โอพีเอ็ม โปรตีน	1gzm
โครงสร้างโปรตีนที่มี: พีแฟม structures พีดีบี RCSB PDB; PDBe; PDBj พีดีบีซัม structure summary

โครงสร้างแบบ α-helix โดยมีโดเมนข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ 7 โดเมนของ G protein-coupled receptor

หน่วยรับที่จับคู่กับจีโปรตีน (อังกฤษ: G protein-coupled receptors ตัวย่อ GPCRs) ที่มีชื่ออื่น ๆ อีกว่า seven-(pass)-transmembrane domain receptors, 7TM receptors, heptahelical receptors, serpentine receptor, และ G protein-linked receptors (GPLR), เป็นกลุ่ม (family) โปรตีนหน่วยรับ (receptor) กลุ่มใหญ่ ที่ตรวจจับโมเลกุลนอกเซลล์ แล้วจุดชนวนวิถีการถ่ายโอนสัญญาณ (signal transduction) ภายในเซลล์ ซึ่งในที่สุดมีผลเป็นการตอบสนองของเซลล์ เป็นหน่วยรับที่จับคู่กับจีโปรตีน (G protein) ที่เรียกว่า seven-transmembrane receptor เพราะมีโครงสร้างที่ข้ามผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ถึง 7 ครั้ง

GPCRs จะพบแต่ในยูแคริโอตรวมทั้งยีสต์, choanoflagellate, และสัตว์ ลิแกนด์ที่จับและเริ่มการทำงานของหน่วยรับเช่นนี้รวมทั้งสารประกอบไวแสง กลิ่น ฟีโรโมน ฮอร์โมน และสารสื่อประสาท โดยมีขนาดต่าง ๆ เริ่มตั้งแต่โมเลกุลเล็ก ๆ จนถึงเพปไทด์และโปรตีนขนาดใหญ่ GPCRs มีบทบาทในโรคหลายอย่าง และเป็นเป้าหมายการออกฤทธิ์ของยาปัจจุบันประมาณ 34%

มีวิถีการถ่ายโอนสัญญาณสองอย่างเกี่ยวกับ GPCRs คือ

• cyclic adenosine monophosphate (cAMP) signal pathway
• phosphatidylinositol signal pathway

เมื่อลิแกนด์จับกับ GPCR ก็จะทำให้หน่วยรับเปลี่ยนโครงรูปแบบ conformational change ซึ่งทำให้มีฤทธิ์เป็น guanine nucleotide exchange factor (GEF) แล้วสามารถเริ่มการทำงานของจีโปรตีน โดยแลกเปลี่ยน guanosine diphosphate (GDP) ที่ยึดกับจีโปรตีนกับ guanosine triphosphate (GTP) หน่วยย่อยแอลฟา (α subunit) ของจีโปรตีนบวกกับ GTP ที่ได้มาใหม่ ก็จะสามารถแยกตัวออกจากหน่วยย่อยบีตาและแกมมาแล้วออกฤทธิ์ต่อโปรตีนส่งสัญญาณภายในเซลล์อื่น ๆ หรือออกฤทธิ์โดยตรงต่อโปรตีนทำหน้าที่ (functional protein) ขึ้นอยู่กับชนิดของหน่วยย่อยแอลฟา (G_αs, G_αi/o, G_αq/11, G_α12/13)

ประวัติและความสำคัญ

รางวัลโนเบลสาขาเคมีปี 2012 ได้ให้กับงาน (ของ Brian Kobilka และ Robert Lefkowitz) ที่ "สำคัญต่อการเข้าใจว่า หน่วยรับที่จับคู่กับจีโปรตีนทำงานอย่างไร" มีรางวัลโนเบลอย่างน้อย 7 รางวัลอื่น ๆ ที่ให้เกี่ยวกับการส่งสัญญาณที่อำนวยโดยจีโปรตีน โดยปี 2012 ยาที่ขายดีที่สุดในโลก 2 ชนิดจาก 10 ชนิดแรก คือ Fluticasone/salmeterol และ Abilify ออกฤทธิ์ที่หน่วยรับซึ่งจับคู่กับจีโปรตีน

หมวดหมู่

การจัดหมวดหมู่ของ GPCRs Class A (Rhodopsin-like), Class B (Secretin-like), Class C (Glutamate Receptor-like), Others (Adhesion (33), Frizzled (11), Taste type-2 (25), unclassified (23)).

ขนาดหมู่ใหญ่ (superfamily) ของ GPCR ยังไม่ชัดเจน แต่การวิเคราะห์ลำดับจีโนมในมนุษย์พยากรณ์ว่า ยีนมนุษย์เกือบ 800 ยีน (หรือประมาณ 4% ของจีโนมที่เข้ารหัสโปรตีน) เข้ารหัส GPCR แม้จะมีการจัดหมวดหมู่ที่เสนอมากมาย แต่โดยคลาสสิกแล้ว หมู่ใหญ่จะแบ่งออกเป็น 3 ชั้น (class) คือ A, B และ C โดยไม่มีต้นกำเนิดของลำดับ (sequence homology) ร่วมกันในระหว่างชั้น

ชั้นใหญ่สุดก็คือชั้น A ซึ่งรวมยีน GPCR เกือบ 85% ในชั้นนี้ เกินครึ่งพยากรณ์ว่า เข้ารหัสหน่วยรับกลิ่น ในขณะที่เหลือจะจับกับลิแกนด์ซึ่งเป็นสารประกอบภายในร่างกายที่รู้จัก หรือจะจัดเป็นหน่วยรับกำพร้า (orphan receptor คือยังไม่รู้ว่ามีลิแกนด์เป็นอะไร) แม้ชั้นต่าง ๆ จะไม่มีต้นกำเนิดของลำดับร่วมกัน แต่ GPCR ทั้งหมดก็มีโครงสร้างและกลไกถ่ายโอนสัญญาณที่เหมือนกัน ชั้นนี้ยังแบ่งออกเป็นชั้นย่อยอีก 19 กลุ่ม คือ A1-A19

งานปี 2006 ได้เสนอระบบการจัดหมวดหมู่ทางเลือกที่เรียกว่า GRAFS (Glutamate, Rhodopsin, Adhesion, Frizzled/Taste2, Secretin)

ส่วนตามระบบจัดหมู่เป็น A-F แบบคลาสสิก GPCR สามารถจัดเป็น 6 ชั้น อาศัยต้นกำเนิดลำดับและความคล้ายคลึงกันในการทำงาน

• Class A (หรือ 1) (Rhodopsin-like)
• Class B (หรือ 2) (Secretin receptor family)
• Class C (หรือ 3) (Metabotropic glutamate/pheromone)
• Class D (หรือ 4) (Fungal mating pheromone receptors)
• Class E (หรือ 5) (Cyclic AMP receptors)
• Class F (หรือ 6) (Frizzled/Smoothened)

งานศึกษาอาศัยลำดับดีเอ็นเอต้น ๆ แสดงว่า จีโนมมนุษย์เข้ารหัส GPCR 750 ชนิดอย่างคร่าว ๆ ประมาณ 350 ชนิดตรวจจับฮอร์โมน, growth factors, และลิแกนด์ที่เกิดในร่างกายอื่น ๆ ประมาณ 150 ชนิดมีหน้าที่ยังไม่ชัดเจน

มีวิธีการต่าง ๆ ที่ใช้พยากรณ์หมวดหมู่ของ GPCR ตามลำดับกรดอะมิโนของพวกมันอย่างเดียว อาศัยแนวคิด pseudo amino acid composition

บทบาททางสรีรภาพ

GPCR มีบทบาทในกระบวนการทางสรีรภาพต่าง ๆ เช่น

1. การเห็น - โปรตีนไวแสง opsin จะเปลี่ยนไอโซเมอร์เมื่อรับแสง เพื่อแปลรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าให้เป็นสัญญาณในเซลล์ เช่น Rhodopsin จะเปลี่ยนจาก 11-cis-retinal เป็น all-trans-retinal เนื่องกับกระบวนการนี้
2. การรู้รส - GPCR ในเซลล์รับรส จะเริ่มการทำงานของจีโปรตีน คือ gustducin เพื่อตอบสนองต่อรสหวาน ขม และอุมะมิ
3. การได้กลิ่น - หน่วยรับของเยื่อบุผิวรับกลิ่นคือ หน่วยรับกลิ่นจะจับกับโมเลกุลมีกลิ่น ในขณะที่ vomeronasal receptor จะจับกับฟีโรโมน
4. การควบคุมพฤติกรรมและอารมณ์ - หน่วยรับในสมองสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมสามารถจับกับสารสื่อประสาทต่าง ๆ รวมทั้งเซโรโทนิน โดพามีน GABA (Gamma-aminobutyric acid) และกลูตาเมต
5. การควบคุมการทำงานของระบบภูมิคุ้มกันและกระบวนการอักเสบ - หน่วยรับ Chemokine receptor จะจับกับลิแกนด์ที่อำนวยการสื่อสารระหว่างเซลล์ต่าง ๆ ของระบบภูมิคุ้มกัน หน่วยรับ เช่น หน่วยรับฮิสตามีน จะจับกับตัวอำนวยการอักเสบ (inflammatory mediator) และเริ่มการทำงานของเซลล์เป้าหมายชนิดต่าง ๆ ในการตอบสนองเป็นการอักเสบ GPCR ยังมีบทบาทในการปรับระบบภูมิคุ้มกัน และมีบทบาทโดยตรงในการยับยั้งการตอบสนองจากเซลล์ที (T cell) ที่ชักนำโดย TLR
6. การสื่อประสาทในระบบประสาทอิสระทั้งระบบประสาทซิมพาเทติกและระบบประสาทพาราซิมพาเทติก จะควบคุมโดยวิถีการส่งสัญญาณผ่าน GPCR ซึ่งมีบทบาทควบคุมระบบอัตโนมัติต่าง ๆ ในร่างกาย เช่น ความดันโลหิต อัตราการเต้นหัวใจ และการย่อยอาหาร
7. การรับรู้ความหนาแน่นของเซลล์
8. การปรับภาวะธำรงดุล (เช่นความสมดุลของน้ำ).
9. บทบาทในการเติบโตและแพร่กระจายของเนื้องอกบางอย่าง

ดูเพิ่ม

• หน่วยรับความรู้สึก

แหล่งข้อมูลอื่น

คอมมอนส์ มีภาพและสื่อเกี่ยวกับ: หน่วยรับที่จับคู่กับจีโปรตีน

• G-protein-coupled receptors ในหอสมุดแพทยศาสตร์แห่งชาติอเมริกัน สำหรับหัวข้อเนื้อหาทางการแพทย์ (MeSH)
• Vassilatis, DK; Hohmann, JG; Zeng, H; Li, F; Ranchalis, JE; Mortrud, MT; Brown, A; Rodriguez, SS; Weller, JR; Wright, AC; Bergmann, JE; Gaitanaris, GA (2003). "The G protein-coupled receptor repertoires of human and mouse". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 100 (8): 4903–8. doi:10.1073/pnas.0230374100. PMC 153653. PMID 12679517.{{cite journal}}: CS1 maint: uses authors parameter (ลิงก์)
• "GPCR Reference Library". สืบค้นเมื่อ 2008-08-11. Reference for molecular and mathematical models for the initial receptor response
• "The Nobel Prize in Chemistry 2012" (PDF). สืบค้นเมื่อ 2012-10-10.
• GPCR Cell Line
• "GPCR Database". IUPHAR Database. International Union of Basic and Clinical Pharmacology. สืบค้นเมื่อ 2008-08-11.
• "GPCRdb". Data, diagrams and web tools for G protein-coupled receptors (GPCRs).; Munk, C; Isberg, V; Mordalski, S; Harpsøe, K; Rataj, K; Hauser, AS; Kolb, P; Bojarski, AJ; Vriend, G; Gloriam, DE (2016). "GPCRdb: the G Protein-Coupled Receptor Database - an Introduction". British Journal of Pharmacology. 173 (14): 2195–207. doi:10.1111/bph.13509. PMC 4919580. PMID 27155948.{{cite journal}}: CS1 maint: uses authors parameter (ลิงก์)
• "G Protein-Coupled Receptors on the NET". สืบค้นเมื่อ 2010-11-10. a classification of GPCRs
• "PSI GPCR Network Center". คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2013-07-25. สืบค้นเมื่อ 2013-07-11. a Protein Structure Initiative:Biology Network Center aimed at determining the 3D structures of representative GPCR family proteins