こんにちは。本日は「Gタンパク質共役型受容体(GPCR)を介した情報伝達」について学びましょう。薬理学・生理学・病態にまたがる重要テーマですので、仕組みと代表的な例を押さえておくことが国家試験対策にもつながります。
Gタンパク質共役型受容体(GPCR)とは?
GPCRは、細胞膜を7回貫通する膜タンパク質で、細胞外の刺激(ホルモン・神経伝達物質など)を受け取り、細胞内へシグナルを伝える受容体です。細胞内では、三量体Gタンパク質(α, β, γ)が受容体に結合しており、受容体が刺激されると、Gタンパク質の構造変化を介して酵素やイオンチャネルなどに信号が伝達されます。
GPCRによる情報伝達の基本の流れ
- アゴニストがGPCRに結合
- Gタンパク質の構造が変化し、GαサブユニットのGDPがGTPに変換される
- Gα-GTPが標的酵素を活性化または抑制
- GαにはGTPase活性があり、自らGTPをGDPに分解して不活性化
- βγサブユニットと再結合して、もとの状態に戻る
この一連の流れが「Gタンパク質を介した情報伝達」です。
Gタンパク質の種類と作用機序
GPCRに結合するGタンパク質のαサブユニットには主に以下の3種類があり、それぞれ異なる情報伝達経路を持ちます。
Gs(ジーエス):アデニル酸シクラーゼ活性化系
Gsは、アデニル酸シクラーゼ(Adenylyl Cyclase)という酵素を活性化することで作用します。Gsが活性化されると、細胞内でATPがcAMP(サイクリックAMP)へと変換されます。このcAMPは、プロテインキナーゼA(PKA)を活性化し、最終的に標的タンパク質のリン酸化を通じてさまざまな生理反応を引き起こします。
【Gsタンパク質共役型受容体】
β1・β2・β3受容体、IP(PGI2)受容体、H2受容体、D1受容体、グルカゴン受容体、5−HT4受容体、V2受容体、A2受容体
Gi(ジーアイ):アデニル酸シクラーゼ抑制系
Giは、Gsとは逆にアデニル酸シクラーゼの働きを抑制するGタンパク質です。Giが活性化されると、cAMPの産生が抑制され、結果としてPKAの活性が低下します。これにより、細胞内の興奮性が抑えられたり、生理活性が低下する方向に働きます。また、GiのβγサブユニットはK+チャネルの開口を促進し、細胞を過分極に導くことで神経伝達の抑制にも関与します。
【Giタンパク質共役型受容体】
α2受容体、M2受容体、D2受容体、A1受容体、GABAB受容体、5−HT1受容体、ADP受容体、μ受容体、κ受容体
Gq(ジーキュー):ホスホリパーゼC活性化系
Gqは、ホスホリパーゼC(PLC)という酵素を活性化し、細胞内の別のセカンドメッセンジャー経路を駆動します。PLCの活性化により、細胞膜のリン脂質PIP₂がIP₃(イノシトール三リン酸)とDAG(ジアシルグリセロール)に分解されます。
-
IP₃は小胞体に作用してCa2+を放出させ、細胞内カルシウム濃度を上昇させる。
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DAGはプロテインキナーゼC(PKC)を活性化し、リン酸化を通じて細胞応答を引き起こす。
【Gqタンパク質共役型受容体】
α1受容体、M1・M3受容体、H1受容体、5−HT2受容体、AT1受容体、TP(TXA2)受容体
応用:毒素によるGタンパク質の異常活性
| 毒素 | 標的 | 特徴 |
|---|---|---|
| コレラ毒素 | Gsα | ADPリボシル化でGTPase活性を阻害 → Gsが活性化したまま → cAMPが持続的に上昇 |
| 百日咳毒素 | Giα | ADPリボシル化で受容体との共役を阻害 → Giが働けない → 抑制機能が消失 |
まとめ:Gタンパク質を介したシグナル伝達の要点
-
GPCRは「7回膜貫通型受容体」で、外部刺激をGタンパク質を通じてセカンドメッセンジャー系へ伝える
-
Gs → cAMP↑、Gi → cAMP↓、Gq → Ca2+とPKC経路活性化
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臨床や薬理では、それぞれの系に作用する薬剤の理解が不可欠
(例:β刺激薬、抗ヒスタミン薬、アドレナリン作動薬)
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