트랜스듀신

Transducin
감각적 로돕신 II(레인보우 색상)는 아래 트랜스딘이 있는 지질 빌레이어(헤드 빨강과 꼬리 파랑)에 내장되어 있다.Gα는t 빨간색, Gβ 파란색t, G blue 노란색이다t.Gα-subunit에는t 바운드 GDP 분자가 있고, Rhodopsin에는 바운드 레티날(검은색)이 있다.로돕신의 N단자는 빨간색, C단자는 파란색이다.변환기의 막 고정은 검은색으로 그려졌다.

트랜스듀신(Gt)은 척추동물 망막봉과 콘에서 자연적으로 발현되는 단백질로 척추동물 광전도에 매우 중요하다.로드와 콘 광수용체에 서로 다른 α 서브유닛을 가진 이단백질 G단백질의 일종이다.[1]

빛은 로도신의 순응적 변화를 유도하고, 그 결과 변환기의 활성화로 이어진다.트랜스핀은 인산염화효소를 활성화시켜 주기적인 구아노신 단인산염(cGMP)의 분해를 초래한다.플래시 응답의 강도는 활성화된 변환기의 수와 정비례한다.

광전도에서의 기능

트랜스듀신(Transducin)은 로도신 모이티 레티날(Rhodopsin moiety letinal)에 의한 광자 흡수에 의한 로도신(Rhodopsin)의 순응적 변화인 메타호도신(Metarhodopsin II)에 의해 활성화된다.[2][3]이 빛은 11-cis에서 올-트랜스까지의 망막의 이질화를 유발한다.이소머라이징은 오판의 변화를 유발하여 메타호도프신 II가 된다.메타호돈신이 변환기를 활성화하면 α 서브단위(Tα)에 바인딩된 구아노신 디포스포산염(GDP)이 세포질에서 구아노신 삼인산염(GTP)으로 교환된다.α 서브유닛은 β sub 서브유닛(Tβγ)과 분리된다.활성화된 변환기 α-subunit은 cGMP 인산염화효소를 활성화시킨다. cGMP 인산염화효소는 cGMP-gated cation 채널을 여는 세포내 두 번째 메신저인 cGMP를 분해한다.[4]인광체테라제는 cGMP를 5'-GMP로 가수 분해한다. cGMP 농도가 감소하면 cation 채널의 개방이 감소하고, 그 결과 막 전위의 과극화가 일어난다.

변환기는 α-하위 장치 결합 GTP가 GDP로 가수 분해될 때 비활성화된다.이 과정은 RGS(G-단백질 신호 조절기)-단백질 및 이펙터의 감마 서브 유닛인 순환 GMP 인산염(Phosphidesterase)을 포함하는 복합체에 의해 가속된다.

활성화 메커니즘

변환기의 Tα 서브유닛은 3가지 기능영역을 포함한다. 하나는 로도신/Tβγ 상호작용용, 다른 하나는 GTP 바인딩용, 그리고 마지막 하나는 cGMP 인산염화테라아제 활성화용이다.

광선전도의 초점은 T에α 있지만, T는βγ 로돕신이 변환기에 결합하는 데 매우 중요하다.[5][6]Rhodopsin/Tβγ 바인딩 영역에는 T의α 아미노 및 카복실 단자가 포함되어 있다.아미노 단자는 로돕신(rohodopsin)에 대한 상호작용 지점인 반면 카복실 단자는 T 결합에βγ 대한 지점이다.아미노 단자는 로돕신(roodopsin)에 의한 변환기 분자의 활성화를 위해 카복실 단자에 고정되거나 가까운 곳에 있을 수 있다.[7]

광학 처리된 로돕신과의 상호작용은 GTP 바인딩 사이트를 열어 GTP와 GDP의 빠른 교환을 가능하게 한다.제본 부지는 광학 처리된 로돕신이 없는 경우 폐쇄된 순응 상태에 있다.일반적으로 폐쇄형 순응에서는 바인딩 사이트 근처에 위치한 α-헥스가 GTP/GDP 교환을 방해하는 위치에 있다.광학 처리된 로돕신(Rhodopsin)에 의한α T의 순응적 변화는 나선의 기울기를 유발하여 GTP 바인딩 부지를 개방한다.

일단 GTP를 GDP와 교환하면 GTP-Tα 콤플렉스는 두 가지 주요한 변화를 겪게 된다: 광분화된 로도신 및 Tβγ 서브유닛과의 분리 및 잠재 PDE와의 상호작용을 위한 인광염화효소(PDE) 결합 사이트의 노출이다.GTP의 결합에 의해 시작된 변환기의 순응적 변화는 PDE 결합 부위로 전송되어 PDE 결합을 위해 노출되게 한다.GTP에 의한 순응적 변화는 또한 로도신/Tβγ 결합 사이트를 교란시키고 GTP-Tα 복합체와의 분리를 초래할 수 있다.[7]

Tβγ 콤플렉스

G-단백질에 대한 기본적인 가정은 α, β 및 γ 하위 단위가 동일한 농도에 존재한다는 것이다.그러나 로드 외측 세그먼트(ROS)에서는 T보다α T와β T가γ 더 많다는 증거가 있다.[8]초과 T와β T는γ 주어진 시간에 T와α 연관될 수는 없지만 ROS에서 자유롭게 떠다니는 것으로 결론이 났다.초과 T에βγ 대한 한 가지 가능한 설명은 T가α 다시 결합할 수 있는 가용성이 증가한다는 것이다.T는βγ 변환기의 결합에 매우 중요하므로, 이질적 순응의 재취득은 또 다른 GTP 분자와 더 빨리 결합하여 광전도를 더 빠르게 할 수 있다.[8]

T가βγ 로도신과의 Tα 결합에 결정적이라고 언급되어 왔지만, 또한 T가βγ 이전에 생각했던 것보다 뉴클레오티드 교환에 결정적이고 직접적인 역할을 할 수 있다는 증거도 있다.로돕신은 특히γ T 서브유닛의 카복실 단자에서 순응 스위치를 유발하는 것으로 밝혀졌다.이 변화는 궁극적으로 T의α 알로스테릭 뉴클레오티드 교환을 조절한다.이 영역은 Rhodopsin과의 상호작용을 위한 주요 영역과 T에서α 뉴클레오티드 교환을 조절하는 Rhodopsin의 역할을 할 수 있다.로돕신(roodopsin)에 의한 G단백질 변환기의 활성화는 레버 메커니즘에 의해 진행된다고 생각되었다.[9][10]로도신 바인딩은 T의γ 카복실 단자에 나선 형성을 유발하고 T 카복실γ 및 T를α 가져온다.카르복실 단자는 핵분열 교환을 용이하게 하기 위해 서로 더 가까이 접근한다.

이 영역의 돌연변이는 로도신-트랜듀신 상호작용을 폐지한다.T의γ 이 순응 스위치는 G단백질 γ 서브유닛 계열에 보존될 수 있다.[6]

cGMP 인산화효소 및 비활성화와의 상호작용

변환기 활성화는 궁극적으로 생물학적 이펙터 분자 cGMP 인산염 테라아제의 자극을 초래하는데, 이는 α, β 및 두 개의 억제 γ 하위 단위를 가진 올리고머다.[11]α와 β 서브유닛은 더 큰 분자량 서브유닛이며, PDE의 촉매 계수를 구성한다.

광전도 시스템에서 GTP-bound-T는α de pDE의 서브유닛에 결합한다.PDE 활성화를 위한 두 가지 제안된 메커니즘이 있다.첫째는 GTP-bound-T가α 가수분해를 활성화하기 위해 촉매 서브유닛에서 PDE de 서브유닛을 해제할 것을 제안한다.[12]두 번째로 가능성이 높은 메커니즘은 결합이 γ 서브 유닛의 위치 이동을 유발하여 cGMP 가수분해를 위한 촉매 서브 유닛의 접근성을 향상시킬 수 있음을 제안한다.T의α GTPase 활성은 GTP를 GDP에 가수분해하고 Tα 서브유닛의 순응을 변화시켜, PDE의 α와 β 서브유닛에 바인딩하기 위한 친화력을 증가시킨다.이러한 큰 서브유닛에 T를α 결합하면 PSE에 또 다른 순응적 변화가 발생하며 촉매 서브유닛의 가수분해 능력을 억제한다.더 큰 분자 서브 유닛의 결합 부위는 γ 서브 유닛의 Tα 결합 부위와 바로 인접할 수 있다.[12]

비록 전통적인 메커니즘은 GTP-bound T에α 의한 PDE의 활성화를 포함하지만, GDP-bound T는α 또한 PDE를 활성화할 수 있는 능력을 가지고 있다는 것이 입증되었다. (GTP의 존재 없이) 어두운 곳에서 PSE 활성화 실험은 작지만 재현 가능한 PDE 활성화를 보여준다.[13]이것은 자유 GDP-bound Tα. PDE에 의한 PSE 활성화로 설명될 수 있지만, GDP-bound T에α 대한 하위 단위 친화력은 GTP-bound T에α 비해 약 100배 작아 보인다.[14]GDP-bound T가α PDE를 활성화하는 메커니즘은 여전히 알려져 있지 않지만, GTP-boundα T에 의한 PDE 활성화와 유사하다고 추측된다.[13]

어둠 속에서 PDE가 활성화되는 것을 막기 위해서는 GDP에 바인딩된 T의α 농도를 최소한으로 유지해야 한다.이 일은 GDP에 묶인 T를α 홀로트란스두신 형태로 묶어두기 위해 T로βγ 떨어지는 것 같다.[13]

비활성화의 경우 T를α 비활성화하여 변환기를 기준값으로 되돌리려면 T에α 의한 바운드 GTP의 가수분해가 필요하다.그러나 GTP의 단순한 가수분해가 반드시 PDE를 비활성화하는 데 충분하지 않을 수 있다.T는βγ 여기서 다시 PDE 비활성화에 중요한 역할을 하며 활동하게 된다.[13]T를βγ 추가하면 PDE 촉매변동물이 T-GTPα 복합체와 결합하기 때문에 억제할 수 있다.재연결된 형태의 변환기는 더 이상 PDE에 바인딩할 수 없다.이를 통해 PDE는 광학 처리된 로도신(Rhodopsin)으로 다시 결합하고 다른 GTP 바인딩 T에α 의한 활성화를 대기하기 위해 PDE를 초기 상태로 되돌릴 수 있다.[12]

유전자

참조

  1. ^ Lerea CL, Somers DE, Hurley JB, Klock IB, Bunt-Milam AH (October 1986). "Identification of specific transducin alpha subunits in retinal rod and cone photoreceptors". Science. 234 (4772): 77–80. doi:10.1126/science.3529395. PMID 3529395.
  2. ^ Hargrave PA, Hamm HE, Hofmann KP (January 1993). "Interaction of rhodopsin with the G-protein, transducin". BioEssays. 15 (1): 43–50. doi:10.1002/bies.950150107. PMID 8466475. S2CID 9487394.
  3. ^ Downs MA, Arimoto R, Marshall GR, Kisselev OG (December 2006). "G-protein alpha and beta-gamma subunits interact with conformationally distinct signaling states of rhodopsin". Vision Res. 46 (27): 4442–8. doi:10.1016/j.visres.2006.07.021. PMID 16989885.
  4. ^ Fung, BKK; Hurley, JB; Stryer, L (1981). "Flow of information in the light-triggered cyclic nucleotide cascade of vision". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 78 (1): 152–156. doi:10.1073/pnas.78.1.152. PMC 319009. PMID 6264430.
  5. ^ Fung, B. K. (1983). "Characterization of transducin from bovine retinal rod outer segments. I. Separation and reconstitution of the subunits". The Journal of Biological Chemistry. 258 (17): 10495–10502. doi:10.1016/S0021-9258(17)44483-8. PMID 6136509.
  6. ^ a b Kisselev, O. G.; Downs, M. A. (2003). "Rhodopsin controls a conformational switch on the transducin gamma subunit". Structure. 11 (4): 367–373. doi:10.1016/s0969-2126(03)00045-5. PMID 12679015.
  7. ^ a b Hingorani, V. N.; Ho, Y. K. (1987). "A structural model for the alpha-subunit of transducin. Implications of its role as a molecular switch in the visual signal transduction mechanism". FEBS Letters. 220 (1): 15–22. doi:10.1016/0014-5793(87)80867-0. PMID 3038611. S2CID 33255299.
  8. ^ a b Clack, J. W.; Springmeyer, M. L.; Clark, C. R.; Witzmann, F. A. (2006). "Transducin subunit stoichiometry and cellular distribution in rod outer segments". Cell Biology International. 30 (10): 829–835. doi:10.1016/j.cellbi.2006.06.007. PMID 16895762. S2CID 20446982.
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  10. ^ Rondard, P.; Iiri, T.; Srinivasan, S.; Meng, E.; Fujita, T.; Bourne, H. R. (2001). "Mutant G protein α subunit activated by Gβγ: A model for receptor activation?". Proceedings of the National Academy of Sciences. 98 (11): 6150–6155. doi:10.1073/pnas.101136198. PMC 33437. PMID 11344266.
  11. ^ Deterre, P.; Bigay, J.; Forquet, F.; Robert, M.; Chabre, M. (1988). "CGMP phosphodiesterase of retinal rods is regulated by two inhibitory subunits". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 85 (8): 2424–2428. doi:10.1073/pnas.85.8.2424. PMC 280009. PMID 2833739.
  12. ^ a b c Kroll, S.; Phillips, W. J.; Cerione, R. A. (1989). "The regulation of the cyclic GMP phosphodiesterase by the GDP-bound form of the alpha subunit of transducin". The Journal of Biological Chemistry. 264 (8): 4490–4497. doi:10.1016/S0021-9258(18)83770-X. PMID 2538446.
  13. ^ a b c d Kutuzov, M.; Pfister, C. (1994). "Activation of the retinal cGMP-specific phosphodiesterase by the GDP-loaded alpha-subunit of transducin". European Journal of Biochemistry. 220 (3): 963–971. doi:10.1111/j.1432-1033.1994.tb18700.x. PMID 8143750.
  14. ^ Bennett, N.; Clerc, A. (1989). "Activation of cGMP phosphodiesterase in retinal rods: Mechanism of interaction with the GTP-binding protein (transducin)". Biochemistry. 28 (18): 7418–7424. doi:10.1021/bi00444a040. PMID 2554970.

외부 링크