G-Proteine

Die Bezeichnung G-Proteine (Guaninnucleotide bindende Proteine oder GTP-bindende Proteine) wird vereinfacht für heterotrimere G-Proteine, die eine Schlüsselposition in der Signalweiterleitung (Signaltransduktion) zwischen Rezeptor und Second messenger spielen, verwendet. Daneben sind auch sogenannte kleine G-Proteine für die Signaltransduktion von Bedeutung.

Heterotrimere G-Proteine

Heterotrimere G-Proteine sind aus drei Untereinheiten (α, β und γ) bestehende G-Proteine, die nach Aktivierung eines Rezeptors, an den sie gebunden waren, durch Licht (Rhodopsin), einem Geruchsstoff (olfaktorische Rezeptoren) oder einem Mediator (z.B. Hormon- oder Neurotransmitterrezeptoren) einerseits in eine α-Untereinheit und andererseits in eine βγ-Untereinheit unter Austausch von GDP gegen GTP zerfallen.

Für die Signaltransduktion ist insbesondere die α-Untereinheit von Bedeutung, von der über 20 Isoformen bekannt sind. Anhand ihrer Eigenschaften werden diese Isoformen im wesentlichen in 5 Klassen zusammengefasst (α_t, α_s/olf, α_i/o, α_q/11 und α_11/12), nach denen auch die G-Proteine entsprechend benannt werden (G_t, G_s/olf, G_i/o, G_q/11 und G_11/12). Die α_t des an Rhodopsin gebundenen G-Proteins stimuliert den Abbau von cGMP. Stimulierende α_s/olf-Untereinheiten aktivieren die Adenylylzyklase zur Produktion von cAMP, während inhibitorische α_i/o diese inhibiert. Die α_q/11-Untereinheit führt über Aktivierung der Phospholipase C zur vermehrten Bildung der Second messenger Inositoltriphosphat (IP₃) und Diacylglycerol (DAG) aus Membranproteinen. In der durch die α_11/12-Untereinheit aktivierte Signalkaskade sind insbesondere auch kleine G-Proteine involviert. Auch die βγ-Untereinheit kann bei der Aktivierung von Second messengern von Bedeutung sein. Über die Veränderung der Second-messenger-Konzentration wird unmittelbar oder mittelbar ein Effekt ausgelöst.

Heterotrimere G-Proteine besetzen somit eine Schlüsselposition in der Signaltransduktion und sind verantwortlich für physiologische (z.B. Sehen, Riechen, Blutdruckregulation etc.) und pathophysiologische Effekte (z.B. Hypertonie, Herzinsuffizienz, etc.).

Kleine G-Proteine

Kleine G-Proteine (auch kleine GTP-asen) sind GTP-bindene Proteine mit einer Molekülmasse von 20-40 kDa. Derzeit sind über 100 verschiedene kleine G-Protein bekannt, die auf Grund phylogenetischer Gemeinsamkeiten und Unterschiede in 5 Familien unterteilt werden: Ras, Rho, Rab, Sar1/Arf und Ran. Sie sind im Zellzyklus an der Regulation zahlreicher Zellfunktionen beteiligt, z.B. der Regulation der Genexpression (Ras und Rho), der Regulation des Zytoskeletts (Rho), der Regulation des Vesikeltransports (Rab und Sar1/Arf) sowie der Regulation des Transports zwischen Cytoplasma und Zellkern (Ran).

Literatur

H.E. Hamm: The Many Faces of G Protein Signaling. In: J. Biol. Chem. 273/2/1998 S. 669-672
Y. Takai, T. Sasaki & T. Matozaki: Small GTP-binding proteins. In: Physiol. Rev. 81/1/2001 S. 153-208