H10.5 Hoe werken G-eiwit gekoppelde receptoren? Flashcards
Domeinen GPCR
Een GPCR bestaat uit 7 transmembraandomeinen, 3 intracellulaire loops en 3 extracellulaire loops en een N- en C-terminaal deel. Het N-terminale deel van het eiwit zit extracellulair en het C-terminale deel zit intracellulair. Deze onderdelen vormen 3 receptordomeinen:
- Hormoonbindingsdomein: zorgt voor affiniteit en specificeit van een hormoon, dit domein is opgebouwd uit het N-terminale deel met 3 extracellulaire loops.
- transmembraandomein: Dit domein zorgt voor verankering van de receptor in het mebraan en is opgebouwd uit de 7 transmembraandomeinen
- Transductiedomein: dit domein geeft het signaal door, dit wordt gevormd door de 3e intracellulaire loop die koppelt aan het G-eiwit.
3 families van GPCR
Familie 1:
- 1a: bij hele kleine hormonen of ionen vindt in mindere mate binding plaats met het N-terminale deel, maar meer binding in de pocket van de 7 transmembraaneiwitten.
- 1b: peptide hormonen zijn klein, het N-terminale deel is daarom ook klein. In combinatie met de extracellulaire loops kan binding plaatsvinden.
- 1c: Aan deze structuur kan TSH binden. Omdat TSH zelf een groot eiwit is, moet het hormoonbindingsdeel ook groot zijn. Deze GPCR heeft dan ook een groot N-terminaal deel.
Familie 2: Bijvoorbeeld PTH en GnRH maken gebruik van deze GPCR.
Familie 3: Receptoren die calcium binden
Eigenschappen ACTH
Wordt geproduceert door klieving uit POMC
Ongeveer 4.5 kDa
Eigenschappen TSH
Glycoproteïne hormoon
Ca. 30 kDa (groot) en geglycosyleerd
Familie van TSH, FSH, LH en hCG
Twee subunits: alfa en beta
Alfasubunit is gemeenschappelijk, betasubunit is hormoon-specifiek
Diversiteit in liganden van GPCR’s
Er zijn verschillende receptoren en verschillende liganden die GPCR binden, de receptoren en liganden hebben een verschillend effect. Dit wordt veroorzaakt door de downstream G-eiwitten die geactiveerd worden: G-S (stimulerend), G-I (inhiberend), G-K en G-Q. De g-eiwitten hebben verschillende activatie. De activatie van G-eiwitten leidt uiteindelijk tot gentranscriptie.
TSH- en ACTH-signaaltransductie
TSH-signaaltransductie: TSH-receptor- Gs- Adenylyl cylase- cAMP- PKA- Fosforylering en genregulatie
ACTH signaaltransductie: MC2R- Gs- Adenylyl cylase- cAMP- PKA- Fosforylering en genregulatie
Werkingsmechanisme GPCRs
G-eiwit bestaat uit 3 subunits: alpha, beta en gamma. Hieraan is GDP gebonden. Als een ligand bindt aan de receptor wordt de alfasubunit geactiveerd en laat GDP los. De geactiveerde alphaunit bindt nu GTP ipv GDP en dit zorgt er voor dat het signaal wordt doorgegeven. Het G-eiwit moet ook geïnactiveerd worden.
Als de GPCR geinactiveerd moet worden, zorgt de alpha unit ervoor dat GTP wordt gehydrolyseerd tot GDP door hydrolase (GTPase) activiteit.
GPCR signaaltransductie in de cel
Als het Gs-eiwit is geactiveerd wordt het signaal vermenigvuldigd, dit komt doordat de alphasubunit zorgt dat adenylyl cyclase geactiveerd wordt. Dit zorgt ervoor dat ATP wordt omgezet in veel cAMP. cAMP zorgt voor activatie van PKA en dit gaat naar de kern en kan een interactie vormen met transcriptie regulatoren en dit zorgt voor transcriptie van genen.
Adenylyl cyclase
Enzym dat ATP omzet in cAMP.
cAMP activeert vervolgens PKA, wat eiwitten kan fosforyleren.
cAMP wordt snel afgebroken door fosfodiesterases, het signaal dooft daardoor ook snel uit.
Proteïne kinase A
Bestaat uit 2 regulatoire en 2 katalytische subunits. De regulatoire subunits zorgen voor activatie van de katalytische subunits. Zodra Gs geactiveerd is, bindt cAMP aan de regulatoire subunits (2 per unit). Dan vindt er dissociatie plaats van het complex en komen de katalytsiche subunits vrij en kunnen dan effect geven. Zolang PKA intact is is het inactief. Het is dus een cAMP afhankelijk eiwit.
De vrije katalytsiche subunits gaan naar de kern toe, dit leidt tot activering van verschillende kinases. Genen die cAMP gevoelig zijn worden hierdoor geactiveerd en dit leidt tot specifieke genactivatie.
3 soorten G-eiwitten
- functie
- gevolg
- proteine kinase
Gs
- functie: stimulering adenylyl cyclase
- gevolg: cAMP stijging
- proteine kinase: activering van PKA
Gi
- functie: remming adenylyl cyclase
- gevolg: cAMP daling
- proteine kinase: remming PKA
Gq
- functie: koppelt aan fosfolipase C
- gevolg: calcium en DAG concentratie omhoog
- proteine kinase: Activering proteïne kinase C
TRH signalering via Gq
In de hypothalamus wordt TRH geproduceerd. TRH koppelt via een GPCR aan Gq. Binding aan de GPCR leidt tot activatie van het G-eiwit Gq, de alfaunit hiervan activeert fosfolipase C. Dit activeert inositol fosfolipase, wat leidt tot het vrijkomen van diacylglycerol maar ook tot de productie van IP3. IP3 zorgt dat calcium in de cel vrijkomt. Calcium en diacylclycerol zorgen dat PKC geactiveerd wordt.
Mutaties in TSH receptor
Inactiverend: zorgen dat de route altijd uit staat, de receptor wordt ongevoelig voor het hormoon. Er ontstaat hypothyreoidie, er wordt geen schildklierhormoon meer geproduceerd.
Activerend: zorgen dat de signaaltransductie altijd aanstaat. Er onstaat hyperthyeoidie, adenoomvorming, consitutief actieve TSH receptor (actief zonder TSH)
Mutaties in MC2R (ACTH)
Inactiverend: familiaire cortisoldeficientie
Activerend: niet bekend
Alternatief gen: MRAP (co-factor)
Gs- eiwit mutatie
De alfa subunit van het G-eiwit in het subunit dat de activiteit doorgeeft.
Inactiverend: activatie kan niet plaatsvinden (GDP naar GTP). Dit leidt tot multipele hormoon resistentie.
Activerend: leidt tot McCune-Albright syndroom. Gs is dan onafhankelijk van een hormoon continue actief. Dit leidt tot botdystrofie en verschiollende endocriene tumoren in de schildklier en bijnier.
