Receptory spřažené s G-proteiny (GPCR), známé také jako sedm transmembránových receptorů, heptahelické receptory nebo receptory 7TM), jsou proteinovou rodinou transmembránových receptorů, které převádějí extracelulární signál (vazba ligandu) na intracelulární signál (aktivace G-proteinu). GPCR jsou největší známou proteinovou rodinou, jejíž členové se podílejí na všech typech cest podnět-odpověď, od mezibuněčné komunikace až po fyziologické smysly. Rozmanitosti funkcí odpovídá i široká škála ligandů rozpoznávaných členy rodiny, od fotonů (rhodopsin, archetypální GPCR) přes malé molekuly (v případě histaminových receptorů) až po proteiny (například chemokinové receptory). Toto všudypřítomné zapojení do normálních biologických procesů má za následek zapojení GPCR do mnoha patologických stavů, což vedlo k tomu, že GPCR jsou cílem 40 až 50 % moderních léčiv.Filmore 2004
Existují dva typy GPCR, a to chemosenzorické a endo GPCR.
GPCR jsou integrální membránové proteiny, které mají sedm membránových domén nebo transmembránových šroubovic. Extracelulární části receptoru mohou být glykosylované. Tyto extracelulární smyčky obsahují také dva vysoce konzervované cysteinové zbytky, které vytvářejí disulfidové vazby a stabilizují tak strukturu receptoru.
První strukturní modely GPCR byly založeny na jejich slabé analogii s bakteriálnímhodopsinem, jehož struktura byla určena pomocí elektronové i rentgenové krystalografie. V roce 2000 byla vyřešena první krystalová struktura savčího GPCR, hovězího rodopsinu. Zatímco hlavní rys, sedm transmembránových šroubovic, je zachován, struktura se výrazně liší od struktury bakteriálníhohodopsinu. Některé proteiny se sedmi transmembránovými šroubovicemi (např. channelrhodopsin), které se podobají GPCR, mohou ve svém proteinu obsahovat různé funkční skupiny, např. celé iontové kanály.
Vazba ligandu a přenos signálu
Zatímco u jiných typů studovaných receptorů se ligandy vážou vně membrány, ligandy GPCR se obvykle vážou uvnitř transmembránové domény.
Přenos signálu přes membránu receptorem není zcela objasněn. Je známo, že neaktivní G protein je vázán na receptor v neaktivním stavu. Jakmile je ligand rozpoznán, receptor změní konformaci, a tím mechanicky aktivuje G protein, který se od receptoru oddělí. Receptor nyní může buď aktivovat jiný G protein, nebo se přepnout zpět do neaktivního stavu. Toto vysvětlení je příliš zjednodušené, ale postačuje k vyjádření celkového souboru událostí.
Předpokládá se, že molekula receptoru existuje v konformační rovnováze mezi aktivním a neaktivním stavem.Rubenstein 1998 Vazba ligandů na receptor může tuto rovnováhu posunout (viz například odkaz). Existují tři typy ligandů: agonisté jsou ligandy, které posouvají rovnováhu ve prospěch aktivních stavů; inverzní agonisté jsou ligandy, které posouvají rovnováhu ve prospěch neaktivních stavů; a neutrální antagonisté jsou ligandy, které rovnováhu neovlivňují. Zatím není známo, jak přesně se od sebe aktivní a neaktivní stavy liší.
Pokud se receptor v aktivním stavu setká s G proteinem, může jej aktivovat. Některé důkazy naznačují, že receptory a G-proteiny jsou ve skutečnosti předem propojeny. Například vazba G-proteinů na receptory ovlivňuje afinitu receptoru k ligandům.
Signalizace GPCR bez G-proteinů
Koncem 90. let se začaly hromadit důkazy, že některé GPCR jsou schopny signalizovat bez G-proteinů. Bylo prokázáno, že mitogenem aktivovaná proteinkináza ERK2, klíčový mediátor přenosu signálu po aktivaci receptoru v mnoha drahách, se aktivuje v reakci na aktivaci receptoru zprostředkovanou cAMP u slizové plísně D. discoideum navzdory nepřítomnosti přidružených podjednotek G-proteinu α a β.
U savčích buněk bylo prokázáno, že dobře prozkoumaný β2-adrenoceptor aktivuje dráhu ERK2 po arrestinem zprostředkovaném odpojení signalizace zprostředkované G-proteiny. Zdá se proto pravděpodobné, že některé mechanismy, o nichž se dříve soudilo, že souvisejí výhradně s desenzitizací receptorů, jsou ve skutečnosti příkladem přepínání signální dráhy receptorů, a nikoli jejich prostého vypnutí.
Je známo, že GPCR jsou méně citlivé na svůj ligand, pokud jsou mu vystaveny delší dobu. Klíčovou reakcí této downregulace je fosforylace intracelulární (nebo cytoplazmatické) domény receptoru proteinkinázami.
Fosforylace cAMP-dependentními proteinkinázami
Proteinkinázy závislé na cyklickém AMP (proteinkináza A) jsou aktivovány signálním řetězcem pocházejícím z G proteinu (který byl aktivován receptorem) prostřednictvím adenylátcyklázy a cyklického AMP (cAMP). V rámci zpětné vazby tyto aktivované kinázy fosforylují receptor. Čím déle zůstává receptor aktivní, tím více kináz je aktivováno, tím více receptorů je fosforylováno.
G-protein-coupled receptor kinázy (GRK) jsou proteinkinázy, které fosforylují pouze aktivní GPCR.
Obecně se uznává, že receptory spřažené s G-proteiny mohou tvořit homo- a/nebo heterodimery a případně složitější oligomerní struktury. V současné době však není prokázáno, že existují skutečné heterodimery. Současné biochemické a fyzikální techniky nemají dostatečnou rozlišovací schopnost, aby bylo možné rozlišit mezi odlišnými homo-dimery sestavenými do oligomeru nebo skutečnými 1:1 hetero-dimery. Není také jasné, jaký je funkční význam oligomerizace. Tato oblast je aktivně studována ve výzkumu GPCR.