GTPaz aktive edici protein - GTPase-activating protein

GTPaz aktive edici proteinler veya GTPaz hızlandırıcı proteinler ( GAP'ler ) , sinyal olayını sonlandırmanın sonucu olarak üyeleri aktive edilmiş G proteinlerine bağlanabilen ve GTPaz aktivitelerini uyarabilen bir düzenleyici protein ailesidir . GAP'ler ayrıca RGS proteini veya RGS proteinleri olarak bilinir ve bu proteinler, G proteinlerinin aktivitesini kontrol etmede çok önemlidir. G proteinlerinin düzenlenmesi önemlidir çünkü bu proteinler, çeşitli önemli hücresel süreçlerde rol oynarlar. Örneğin, büyük G proteinleri, hormonal sinyalleşme gibi çeşitli sinyal verme süreçleri için G proteinine bağlı reseptörden sinyal iletiminin dönüştürülmesinde rol oynar ve küçük G proteinleri, hücresel trafik ve hücre döngüsü gibi işlemlerde yer alır. GAP'ın bu işlevdeki rolü, G proteininin aktivitesini kapatmaktır. Bu anlamda, GAP'lerin işlevi, G protein sinyallemesini güçlendirmeye hizmet eden guanin nükleotid değişim faktörlerinin (GEF'ler) tersidir.

Mekanizma

GAP, G-protein bağlantılı reseptör ailesiyle büyük ölçüde bağlantılıdır. G proteinlerinin aktivitesi, guanozin trifosfatı (GTP) bağlama yeteneklerinden gelir . GTP'nin bağlanması, doğal olarak G proteinlerinin aktivitesini değiştirir ve inhibe edici alt birimlerin kaybı yoluyla aktivitelerini artırır. Bu daha aktif durumda, G proteinleri diğer proteinleri bağlayabilir ve aşağı akış sinyalleme hedeflerini etkinleştirebilir. Tüm bu süreç, G proteinlerinin aktivitesini azaltabilen GAP'ler tarafından düzenlenir.

G proteinleri, GTP'yi zayıf bir şekilde hidrolize ederek GDP yapmak için bir fosfat bağını kırabilir. GDP'ye bağlı durumda, G proteinleri daha sonra etkisiz hale getirilir ve artık hedeflerine bağlanamaz. Ancak bu hidroliz reaksiyonu çok yavaş gerçekleşir, yani G proteinlerinin aktiviteleri için yerleşik bir zamanlayıcıya sahip olduğu anlamına gelir. G proteinleri, onları kapatan yavaş hidroliz tarafından takip edilen bir aktivite penceresine sahiptir. GAP, G proteinlerinin hidrolitik GTPaz aktivitesini artırarak bu G protein zamanlayıcısını hızlandırır, dolayısıyla GTPaz aktive edici protein adıdır.

G proteinleri, yavaş olan doğal bir GTPaz hidrolitik aktiviteye sahiptir. Bununla birlikte, GAP varlığında, bu hidrolitik aktivite hızlıdır.

GAP'lerin, G proteini üzerindeki GTP'yi nükleofilik saldırı için daha iyi bir substrat haline getirmeye ve hidroliz reaksiyonu için geçiş durumu enerjisini düşürmeye hizmet ettiği düşünülmektedir. Örneğin, küçük G proteinlerinin birçok GAP'si, GTP'yi suyla daha iyi nükleofilik saldırı için yönlendirmek üzere GTP'ye bağlı G proteininin konformasyonunu değiştiren , genellikle bir arginin parmağı gibi korunmuş bir parmak benzeri alana sahiptir. Bu, GTP'yi reaksiyon için daha iyi bir substrat yapar. Benzer şekilde, GAP'ler bağlı GTP'de GSYİH benzeri bir ücret dağılımını teşvik ediyor gibi görünmektedir. Yük dağılımındaki değişiklik, GTP substratını daha çok reaksiyon ürünleri, GDP ve monofosfat gibi yaptığından, bu, molekülü nükleofilik saldırı için açmanın yanı sıra, reaksiyonun geçiş durumu enerji bariyerini düşürür ve GTP'nin daha kolay hidrolize olmasına izin verir. . GAP'ler, daha sonra, G proteinlerinin GTP hidroliz reaksiyonunu geliştirmek için çalışır. Bunu yaparak, G proteinlerini daha hızlı inaktive eden G proteinin yerleşik zamanlayıcısını hızlandırırlar ve GEF'lerin inaktivasyonu ile birlikte bu G protein sinyalini kapalı tutar. O halde GAP'ler, G proteinlerinin düzenlenmesinde kritik öneme sahiptir.

GAP, su ile nükleofilik saldırı için G proteinini açmaya ve GSYİH benzeri bir yük dağılımını tetiklemeye çalışır.

G proteinlerine özgüllük

Genel olarak, GAP'ler, hedef G proteinleri için oldukça spesifik olma eğilimindedir. Hedef özgüllüğünün kesin mekanizması tam olarak bilinmemektedir, ancak bu özgüllüğün çeşitli faktörlerden gelmesi muhtemeldir. En temel düzeyde, GAP'den G'ye protein özgüllüğü, basitçe protein ifadesinin zamanlaması ve konumundan gelebilir. Örneğin RGS9-1, göz retinasındaki çubuk ve koni fotoreseptörlerinde spesifik olarak eksprese edilir ve bu alanda fototransdüksiyonda yer alan G proteinleriyle etkileşime giren tek kişidir. Belirli bir GAP ve belirli bir G proteini aynı zamanda ve yerde ifade edilir ve hücre bu şekilde özgüllüğü sağlar. Bu arada, iskele proteinleri de uygun GAP'yi G proteinine ayırabilir ve uygun bağlanma etkileşimlerini artırabilir. Bu bağlanma etkileşimleri, belirli bir GAP ve G proteini için spesifik olabilir. Ayrıca GAP'ler, yalnızca belirli bir G proteinini tanıyan belirli amino asit alanlarına sahip olabilir. Diğer G proteinlerine bağlanma aynı olumlu etkileşimlere sahip olmayabilir ve bu nedenle etkileşmezler. Bu nedenle GAP'ler spesifik G proteinlerini düzenleyebilir.

Örnekler ve sınıflandırma

EIF5 , GTPaz aktive edici bir proteindir. Ayrıca YopE, RhoA, Rac1 ve Rac2 gibi küçük GTPazları hedefleyen bir Rho GTPaz aktive edici protein (GAP) olan bir protein alanıdır .

Monomerik

Ras süper ailesinin küçük GTP bağlayıcı proteinlerine etki eden GAP'ler, korunmuş yapılara sahiptir ve benzer mekanizmaları kullanır,

Bir GTPaz örneği, hem sitozolde hem de çekirdekte bulunan monomer Ran'dır . Ran tarafından GTP'nin hidrolizinin nükleer proteinleri hücreye taşımak için gereken enerjiyi sağladığı düşünülmektedir. Ran, sırasıyla GEF'ler ve GAP'ler tarafından açılır ve kapatılır.

Heterotrimerik

Heterotrimerik G proteinlerinin alfa alt birimleri üzerinde hareket eden çoğu GAP, farklı bir aileye, RGS protein ailesine aittir .

Yönetmelik

GAP'ler G proteinlerini düzenlemeye hizmet ederken, aynı zamanda GAP'lerin kendilerinin de belirli bir düzeyde düzenlenmesi vardır. Pek çok GAP, düzenledikleri belirli yolun aşağı akış hedefleriyle arayüz görevi gören allosterik sitelere sahiptir. Örneğin, yukarıdan gelen fotoreseptörlerdeki GAP olan RGS9-1, retinadaki fototransdüksiyonun aşağı akış bileşeni olan cGMP fosfodiesteraz (cGMP PDE) ile etkileşime girer. CGMP PDE ile bağlandıktan sonra, RGS9-1 GAP aktivitesi artar. Başka bir deyişle, fotoreseptör ile indüklenen sinyallemenin aşağı akış hedefi, sinyalleşme inhibitörü GAP'ye bağlanır ve onu etkinleştirir. Aşağı yöndeki hedeflerin GAP'a bu pozitif düzenleyici bağlanması, başlangıçta etkinleştirilen sinyallemeyi sonunda kapatan bir negatif geri besleme döngüsü görevi görür. GAP'ler, düzenledikleri G proteininin hedefleri tarafından düzenlenir.

Ayrıca, G protein sinyallemesinin aşağı akış hedeflerinin GAP'leri engellediği negatif düzenleyici mekanizma örnekleri de vardır. G protein kapılı potasyum kanallarında fosfatidilinositol 3, 4, 5-trifosfat (PIP3), G protein sinyallemesinin aşağı akış hedefidir. PIP3, RGS4 GAP'ı bağlar ve inhibe eder. GAP'ın bu şekilde engellenmesi, belki de aktivasyon için sinyalleme yolunu "hazırlayabilir". Bu, GAP geçici olarak engellendiği için bir kez aktive edildiğinde G proteinleri için bir aktivite penceresi yaratır. Potasyum kanalı aktive edildiğinde Ca2 + salınır ve kalmoduline bağlanır. Birlikte, rekabetçi bir şekilde aynı bölgeye bağlanarak PIP3'ü GAP'tan çıkarırlar ve bunu yaparak G protein sinyallemesini kapatmak için GAP'yi yeniden etkinleştirirler. Bu özel süreç, düzenleyicileri tarafından GAP'ın hem engellendiğini hem de etkinleştirildiğini göstermektedir. GAP ile GAP'ın aktivitesini düzenleyen sinyal yolunun diğer bileşenleri arasında karşılıklı konuşma vardır.

GAP'lar arasında karışma olasılığına işaret eden bazı bulgular vardır. Yakın zamanda yapılan bir çalışma, p120Ras GAP'nin DLC1 Rho GAP'yi katalitik alanında bağlayabildiğini gösterdi. Ras GAP'ın Rho GAP'a bağlanması, Rho GAP'ın aktivitesini inhibe ederek Rho G proteinini aktive eder. Bir GAP, başka bir GAP'ın negatif düzenleyicisi olarak hizmet eder. GAP'lar genelinde bu tür çapraz düzenlemenin nedenleri henüz belirsizdir, ancak olası bir hipotez, GAP'lerdeki bu çapraz konuşmanın tüm GAP'lerin "kapalı" sinyalini zayıflatmasıdır. P120Ras GAP aktif olmasına rağmen, bu nedenle bu belirli yolu inhibe etmesine rağmen, diğer hücresel prosesler, diğer GAP'leri inhibe ettiği için yine de devam edebilir. Bu, tüm sistemin tek bir kapama sinyalinden kapanmamasını sağlayabilir . GAP etkinliği oldukça dinamiktir ve sinyal yollarının diğer birçok bileşeniyle etkileşim halindedir.

Hastalık dernekleri ve klinik alaka

GAP'lerin önemi, önemli G proteinlerini düzenlemesinden gelir. Bu G proteinlerinin çoğu, hücre döngüsünde rol oynar ve bu nedenle bilinen proto-onkojenlerdir . Ras süper ailesinin Ras FGF veya fibroblast büyüme faktörü gibi birçok büyüme faktörleri ortak bir alt hedef, çünkü G proteinleri, örneğin, bir çok kanser ile ilişkili olmuştur. Normal koşullar altında, bu sinyalleme nihayetinde düzenlenmiş hücre büyümesini ve proliferasyonunu indükler. Bununla birlikte, kanser durumunda, bu tür büyüme artık düzenlenmez ve tümör oluşumuyla sonuçlanır.

Normalde, G proteinleri GAP tarafından düzenlenir ve bu da kontrollü hücre bölünmesiyle sonuçlanır.

Çoğunlukla, bu onkojenik davranış, bu G proteinleri ile ilişkili GAP'lerin işlev kaybından veya G proteininin GAP'ına yanıt verme kabiliyetinin kaybına bağlıdır. Birincisi ile, G proteinleri GTP'yi hızlı bir şekilde hidrolize edemez ve bu da G proteinlerinin aktif formunun sürekli ifadesine neden olur. G proteinlerinin zayıf hidrolitik aktiviteye sahip olmasına rağmen, fonksiyonel GEF'lerin varlığında, inaktive edilmiş G proteinleri sürekli olarak aktif olanlarla değiştirilir çünkü GEF'ler bu proteinlerde GTP için GDP'yi değiştirir. G proteininin aktivitesini sınırlayacak hiçbir GAP olmadığından, bu, yapısal olarak aktif G proteinleri, düzensiz hücre büyümesi ve kanserli duruma neden olur. İkincisi durumunda, G proteininin GAP'a tepki verme kabiliyetinde bir kayıp olması durumunda, G proteinleri GTP'yi hidrolize etme yeteneklerini kaybetmişlerdir. İşlevsel olmayan bir G protein enzimi ile GAP'ler GTPaz aktivitesini aktive edemez ve G proteini yapısal olarak açıktır. Bu aynı zamanda düzensiz hücre büyümesine ve kansere neden olur. GAP arızasının örnekleri klinik olarak her yerde bulunur. Bazı vakalar, GAP geninin azalmış ekspresyonunu içerir. Örneğin, hastalarda yakın zamanda karakterize edilen bazı papiller tiroid kanseri hücreleri vakaları, Rap1GAP ekspresyonunda azalma gösterir ve bu ekspresyon, qRT-PCR deneyleri ile gösterilen GAP mRNA'nın azalmış ekspresyonundan kaynaklanır. Bu durumda, uygun Rap1GAP gen ekspresyonunda bir kayıp var gibi görünmektedir. Başka bir durumda, genin uygun olmayan epigenetik susturulmasından dolayı birkaç kanserde Ras GAP ekspresyonu kaybolur. Bu hücreler, gen transkripsiyonunu susturan genin yakınında CpG metilasyonlarına sahiptir. G proteinlerinin düzenlenmesi, düzenleyici olmadığı için kaybedilir ve kanserle sonuçlanır.

GAP olmadan, G proteinleri, yavaş hidrolitik aktiviteleri ve GEF'leri sürekli olarak GDP'yi GTP ile değiştirmeleri nedeniyle yapısal olarak açıktır. Bu, düzensiz hücre bölünmesine ve tümör oluşumuna neden olur.

Diğer kanserler, G proteininin GAP'lara duyarlılığını kaybettiğini gösterir. Bu G proteinleri, proteinlerin doğal GTPaz aktivitesini bozan yanlış anlam mutasyonları edinir. Mutant G proteinleri hala GAP'lerle bağlıdır, ancak GAP'ler tarafından GTPaz aktivitesini artırmak, G proteininin GTPaz aktivitesi kaybolduğunda anlamsızdır. GAP, işlevsel olmayan bir hidrolitik enzimi aktive etmek için çalışır. Örneğin T24 mesane kanseri hücrelerinin, konstitütif olarak aktif Ras proteini ile sonuçlanan bir yanlış anlamlı mutasyona (G12V) sahip olduğu gösterilmiştir. G protein düzenleyicisinin varlığına rağmen, G proteininin kendisinde bir işlev kaybı nedeniyle düzenleme kaybolur. Bu işlev kaybı kanserde de kendini gösterir. GAP'ler ve bunların G proteinleri ile etkileşimleri, bu nedenle, klinik açıdan oldukça önemlidir ve kanser tedavileri için potansiyel hedeflerdir.

Hidrolitik aktivitesi olmayan G proteinleri, bağlı GTP'yi hidrolize edemez. GAP'ler işlevsel olmayan bir enzimi aktive edemez ve G proteini yapısal olarak aktiftir, bu da düzensiz hücre bölünmesine ve tümör oluşumuna neden olur.

Referanslar

Dış bağlantılar