Gタンパク質共役型受容体（GPCR）は、真核生物の膜受容体の中で最も多様なグループです。
GPCRの主な機能は、細胞外の光エネルギーまたは栄養素を検出し、細胞内のシグナル伝達経路を活性化することである。
最終的に、GPCRは細胞応答を引き起こす。
GPCRに結合するアゴニスト（受容体に結合し、受容体を活性化することで細胞応答を引き起こす化学物質）には、ホルモン、神経伝達物質、あるいは匂いやフェロモンなどの外部刺激が考えられる。
GPCRはアゴニストと結合すると、関連するGタンパク質を活性化し、特定の細胞メカニズムを開始させる。
Gタンパク質共役型受容体とは？
Gタンパク質共役型受容体（GPCR）は、真核生物最大の膜タンパク質で、ホルモン、神経伝達物質、環境刺激物などの生理反応のほとんどを媒介する。
また、視覚、嗅覚、味覚もGPCRが担っている。
GPCRの大きな特徴の一つは、7つの膜貫通型αヘリックスが存在し、それらが細胞内と細胞外のループ領域によって相互に接続されていることである。
図1にヒトのGPCRを示す。
図1：GPCRの模式図
GPCRの主な役割は、受容体にアゴニストが結合すると、ヘテロ三量体Gタンパク質が活性化されることである。
Gタンパク質共役型レセプターの仕組み
GPCRは細胞膜に存在する受容体の一種である。
GPCRにアゴニストが結合すると、一連の反応が起こり、細胞応答が引き起こされる。
GPCRの活性化によって細胞応答が引き起こされるステップを以下に示す。
- Gタンパク質共役型受容体は、アゴニストと結合していないときは、不活性な状態を保ちます。また、Gタンパク質は細胞膜上で不活性な状態を維持する。Gタンパク質のサブユニットには、Gsα、Gβ、Gγの3種類があります。不活性状態のGタンパク質は、GsαドメインにGDPが結合した状態になっている。
- ホルモンや神経伝達物質などのリガンド/アゴニストが結合すると、GPCRは構造変化を起こし、GEFドメインが活性化される。GPCRの構造変化により、GEFドメインにGタンパク質が結合する。Gタンパク質のGDPは、GEFドメインの働きによりGTPに置換され、Gタンパク質が活性化される。GEFドメインは単量体GTPaseを活性化し、GDPをGTPに置き換える。
- 活性化されたGsαドメインは、GPCR-Gタンパク質複合体から解離し、細胞膜上のエフェクター酵素に結合し活性化する。活性化されたエフェクター酵素は、アデニル・サイクラーゼ、ホスホリパーゼCなどです。cAMP、イノシトール1,4,5-三リン酸、1,2-ジアシルグリセロールなどのセカンドメッセンジャーを発生させる。これらのセカンドメッセンジャーは、細胞質内の様々な種類のタンパク質を活性化し、特定の細胞応答を発生させる。セカンドメッセンジャーは、細胞内シグナル伝達カスケードの開始成分であり、特定の細胞メカニズムを活性化させる。
- GsαドメインでGTPがGDPに加水分解されると、エフェクター酵素から解離し、酵素は不活性化される。
GPCRの作用機序を図2に示す。
図2：GPCRの作用機構
結論
Gタンパク質共役型受容体は、真核生物の細胞膜上に最も多く存在する受容体の一種である。
ホルモン、神経伝達物質、外部刺激などのアゴニストとの結合により活性化され、細胞機能を媒介する。
GPCRが活性化されると、細胞膜上のGタンパク質が活性化される。
活性化されたGタンパク質は、細胞膜上のエフェクター酵素と結合してセカンドメッセンジャーを生成し、細胞質で細胞応答を引き起こす。
