PROTEINE G DE CUPLAJ SI ROLUL LOR IN TRANSDUCTIA SEMNALULUI BIOLOGIC

PROTEINE G DE CUPLAJ SI ROLUL LOR IN TRANSDUCTIA SEMNALULUI BIOLOGIC

Hormonii din clasa hormonilor hidrosolubili (peptidici, catecolamine) nu patrund in celule, ci interactioneaza cu receptori membranari. Fixarea hormonului pe receptor activeaza un sistem transductor care transforma semnalul extern (mesager prim) intr-unul intracelular (mesager secund). Mesagerul secund actioneaza in interiorul celulei initiind evenimente care duc la activarea sau inactivarea enzimelor, secretie, contractie, sinteza de noi proteine.

Numarul mesagerilor secunzi este mic: AMPc, GMPc, diacil glicerolul, inozitolul fosfati, calciucalmodulina. AMPc e mediator pentru substante paracrine (glucagon, catecolamine, parathormonul, TSH, gonadotropine, ACTH).

Actiuea hormonilor este mediata intern de sisteme transductoare ale mesajerol externe in mesaje intracelulare. Sistemele transductoare sunt receptori membranari citoplasmatici, nucleari. Sistemele transductoare sunt: receptorul membranar, sistemul de cuplare a complexului hormon-receptor cu sistemul efectro care genereaza mesagerul intracelular, functia de cuplare o detine o clasa de proteine denumite proteina G, sistem efector care genereaza AMPc. Adenilat ciclaza genereaza AMPc si fosfolipaza C ce da nastere la diacilglicerol si inozitol - fosfati. AMPc si diacilglicerolul actioneaza similar activand protein - kinaze, AMPc activeeaza protein-kinaza A, diacil glicerolul activeaza protein-kinaza C.

Receptorii cuplati cu proteina G (RCPG) constituie cea mai mare familie de receptori celulari de suprafata. RPCG sunt proteine intramembranare monomerice cu 7 domenii transmembranare avand fiecare o structura in α-helix, fiind legate prin trei bucle externe si trei bucle interne. Putem clasifica RCPG in 3 grupe (I, II, III) deferenta dintre ele o constituie absenta analogiei secventelor lor primare de aminoacizi.

Prima grupa contine marea majoritate a RCPG. Ea se caracterizeaza prin prezenta unei secvente de tip DRY (aspartil - arginil - tirozil) la bucla I₂. Aceasta grupa este subimpartita in 3 subgrupe I_a, I_b, I_c dupa localizarea posibila a situsului de legare a agonistilor: intre domeniile transmembranare pentru I_a, mai spre exterior si implicand domeniul N-terminal pentru Ib si la nivelul N-terminal pentru Ic. Receptorii grupei II se disting de grupa I prin absenta analogiei de secventa si prin faptul ca nu are localizat situsul de legatura al agonistilor. Grupa III are situsul de recunoastere a ligandului la nivelul domeniului N-terminal.

Proteinele G oligomerice

Celulele animale contin un numar de proteine G diferite (pro­teine ce leaga GTP). Fiecare tip de proteina G leaga un anumit tip de receptor cu un anumit efector enzimatic sau canal ionic. Proteinele G pot fi clasificate in mai multe grupe pe baza structurii si functiei aces­tora. Proteinele G sunt izolate sub forma de heterotrimeri, compusi din subunitatile α, β si γ. Subunitatea α contine situsul de legare pentru GTP si de activitate catalitica responsabila de hidroliza acestei nucleotide. Aceasta subunitate contine de asemenea situsuri de interactiune cu complexul βγ, cu receptorul si cu enzima efectoare sau canalul ionic.

O serie de experimente arata ca fiecare subunitate (α, β sau γ) a proteinelor G este atasata la fata citoplasmatica a membranei plasmatice. Nici una dintre subunitati nu contine secvente transmembranare. Subunitatea α este atasata la membrana printr-un rest de cisteina acilat, in apropierea capatului carboxi al lantului polipeptidic. Una dintre functiile subunitatilor β si γ, care prezinta atat secvente hidrofile cat si hidrofobe, ar fi cea de ancorare subunitatii α in membrana plasmatica.

Subunitatile α ale diverselor proteine G au secvente si greutati moleculare putin diferite. Aceste mici diferente structurale ale subunitatilor α par a fi in principal responsabile de proprietatile diferite ale proteinelor G oligomerice (tabelul nr.8). Exista totusi un inalt grad de omologie chiar intre subunitatile α (α _s, α _i α_j) si ras. Regiunea subuni­tatii α care pare a interactiona cu lantul polipeptidic al receptorului este o regiune elicoidala de tip a amfipatica, localizata la nivelul capatului carboxi al subunitatii α. Un situs probabil a interactiona cu complexul βγ este o secventa de aminoacizi de la capatul amino.

*Familiile sunt determinate de inrudirea secventei aminoacidice a subunitatilor α.

La mamifere au fost descrise 21 de subunitati α si cel putin 4 subunitati β si 7 subunitati γ.

Proteinel G sunt oligomerice si monomerice. Proteina G are rol si in amplificarea semnalului biologic.

In modelul clasic, cu trei parteneri, evenimentele initiale ale activarii proteinelor G sunt reprezentate de formarea complexului agonist-receptor si interactiunea acestui complex cu oligomerul inactiv α^GDPβγ. Aceasta interactiune induce inlocuirea GDP cu GTP si disoci­erea oligomerului αβγ in α^GDP si complexul βγ. Etapa limitanta a procesului este disocierea GDP. In timpul acestei secvente de procese subunitatea α sufera o transformare conformationala la o forma α' care interactioneaza cu enzima efectoare si induce o modifi­care a conformatiei si activitatii acesteia. Conformatia activa a subuni­tatii α este convertita la conformatia inactiva prin hidroliza GTP. Aceasta reactie este catalizata de subunitatea α insasi si este urmata de combinarea α^Gdp cu complexul βγ pentru a re-forma α^GDPβγ. Fiecare molecula α^'GTP se gaseste probabil in conformatia activa timp de cateva secunde inainte ca GTP sa fie hidrolizat. Complexul agonisi- receptor ar actiona ca si catalizator in timpul activarii proteinelor G, astfel incat la nivel molecular, un complex ar interactiona cu mai multi oligomeri αβγ pe o durata de cateva secunde. In membranele plasmatice ale unor tipuri celulare numarul moleculelor subunitatii α depasesc cu mult numarul moleculelor complexului βγ. In aceste siste­me, un complex βγ ar putea cataliza legarea ATP la mai multe subuni­tati α. In plus, fiecare α^'GTP ar putea interactiona cu mai multi efectori pe durata existentei sale.

Unele date experimentale arata ca subunitatile α^'GTP sunt eliberate din membrana plasmatica in spatiul citoplasmatic ca urmare a cuplarii unui agonist la receptorul sau. Astfel, in plus fata de acti­varea enzimelor efectoare atasate suprafetei citoplasmatice membranare, α^'GTP eliberate de la nivelul membranei plasmatice ar difuza in spatiul citoplasmatic si ar interactiona cu alte enzime efectoare lo­calizate in acest spatiu. Totusi, dovezile in acest sens nu sunt foarte puternice.

Interactiunea α^'GTP cu proteinele efectoare a fost studiata cel mai mult in doua sisteme: activarea fosfodiesterazei dependente de GMP_C de catre lumina si reglarea activitatii AC de catre hormoni si neurotransmitatori. Absorbtia luminii modifica conformatia rodopsinei, astfel incat o parte a domeniului citoplasmatic al acestei molecule interactioneaza cu transducina. Aceasta interactiune catali­zeaza la randul ei activarea subunitatii α a transducinei.

Conformatia activata a subunitatii α, α^'GTP, activeaza fosfodi-esteraza dependenta de GMP_C.

In cele mai multe celule, AC se poate cupla cu receptori dife­riti, unii crescand formarea AMP_C, altii scazand formarea AMP_C. Aceasta cuplare este realizata prin intermediul proteinelor G_s sau G_i. Inhibarea de catre un agonist este aproape intotdeauna observata in prezenta unui al doilea agonist care stimuleaza AC. In cele mai multe membrane, cantitatea de G_i, este mult mai mare decat cea a G_s. Specia moleculara care interactioneaza cu AC este α_s^'GTP. Etapa initiala a mecanismului prin care agonistii inhiba AC este diso­cierea α_i^'GTPβ_iγ_i. Aceasta elibereaza subunitatea α in conformatia acti­vata, α_i^'GTP, si complexul β_iγ_i Inhibitia AC se produce probabil prin doua mecanisme.

Complexele β_iγ_ieliberate din α_iβ_iγ_i s-ar putea cupla cu α_s^'GTP si ar inhiba activarea enzimei prin intermediul acestei subunitati. AC ar putea fi inhibata de asemenea direct de catre α_i^'GTP.

Modelul clasic, cu trei parteneri, pentru functionarea proteinelor G, a fost recent completat cu un al patrulea partener. Acesta este un membru al unei noi familii de proteine denumite RGS (reglator al semnalizarii proteinelor G). Prima proteina descrisa a acestei noi familii a fost GAIP (proteina ce interactioneaza cu Gα), fiind asociata cu G_i3α. Proteinele RGS includ actualmente cel putin 25 membri (la mamifere), toate prezentand un domeniu central de 130 resturi foarte bine conservat (domeniul RGS), responsabil de interac­tiunea cu subunitatile Gα. Proteinele RGS se comporta ca reglatori negativi ai semnalizarii dependente de proteinele G, accelerand activitatea GTP-azica a subunitatilor Gα. Rolul lor este astfel analog celui al proteinelor GAP (proteine activatoare ale GTP-azei), ce intervin in ciclul de inactivare al proteinelor G mici (monomerice), de tip ras. Proteinele RGS accelereaza de 100 pana la 1000 ori hidroliza GTP de pe subunitatile Gα si prezinta o specificitate de actiune fata de acestea. De exemplu, RGS cel mai bine caracterizate (RGS l si RGS4) functioneaza ca activatori ai activitatii GTP-azice a subunitatilor G₀, G_z, G, si G_q, dar nu au nici o actiune asupra subunitatilor G_s si G₁₂.

		Raspuns celular

Mesagerii primi, mesagerii secunzi ai informatiei celulare si fenomenele metabolice responsabile de raspunsul celular (enzimele actionate primar - enzime efectoare - sunt subliniate)

Proteinele G se clasifica: G_s (responsabile de stimularea adenilat ciclazei), G_i (care inhiba adenilat ciclaza, proteinele G_q (care stimuleaza fosfolipaza C).

Principalele proteine G cuplate cu receptori membranari

Substante cu efect terapeutic care actioneaza asupra proteinei G sunt: oxotremarina, pirenzepina, metocramina, hexahidroxidifenidol, fenilefrina, metoxamina, prozosin, clonidina, oximetazolina, iohimbina, dobutamina, metoprolol, terbutalina, spiperona, haloperidol, risperidina, domperidona, clozapina, apomorfina, pirebidil, bromocriptina.

BIBLIOGRAFIE

BENGA GH. - "Biologie celulara si moleculara" Cluj, Ed. Dacia, 1985;

CRUCE MIHAI - "Biologie moleculara a semnalizarii celulare", Craiova, Ed. Aius, 1998;

STROESCU VALENTIN - "Bazele farmacologice ale practicii medicale", Bucuresti, Ed. Medicala, 1998;

COSTULEANU MARCEL - "Comunicarea intracelulara. Fundamente fiziopatologice" Ed. Cantes, Iasi, 2002;

POPESCU AURORA, ELENA CRISTEA -POPA, DINU VEONICA, TRUTIA E. - "Tratat de biochimie medicala, vol I", Ed. Medicala, Bucuresti, 1991.