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Lexikon der Neurowissenschaft

G-Proteine

G-Proteine, GTP-bindende Proteine, E G proteins, Superfamilie von Proteinen, die GTP (Guanosintriphosphat) binden und zu GDP und Pi hydrolysieren können. Dadurch wird ein "Ein-Aus-Schaltungs"-Mechanismus in Gang gesetzt. Zu ihnen gehören u.a. Ras und die mit Membranen assoziierten heterotrimeren G-Proteine, die die Signaltransduktion von Rezeptoren (außer von Rezeptoren mit intrinsischer Enzymaktivität oder mit einer Funktion als Ionenkanal) für extrazelluläre Reize vermitteln. Diese heterotrimeren G-Proteine bestehen aus je einer α-, β- und γ-Untereinheit; jede Untereinheit liegt in verschiedenen Isoformen vor. Sie werden nach den α-Untereinheiten unterschieden, während die β- und γ-Untereinheiten als austauschbar gelten. Die α-Untereinheiten, die eine GTPase-Aktivität für die Hydrolyse von gebundenem GTP (Guanosintriphosphat) besitzen, können die Adenylatcyclase aktivieren (Gs) oder inhibieren (Gi, Gαz), Ionenkanäle öffnen oder schließen (Gαo, Gαi), die Phospholipase C aktivieren (Gαi, Gαq), Phospholipase A2 modulieren (Gαi, Gαo) oder Phosphodiesterase aktivieren (Gαt, Gαgust) ( siehe Zusatzinfo ). – Nach Bindung des Liganden an den G-Protein-gekoppelten Rezeptor verdrängt GTP das GDP von der α-Untereinheit, die daraufhin vom Rezeptor-G-Protein-Komplex wegdissoziiert und Isoform-spezifisch seine Substrate aktiviert bzw. inhibiert. Nach Wegdissoziierung des Liganden vom Rezeptor wird durch die GTPase-Aktivität der α-Untereinheit GTP in GDP hydrolysiert und der trimere G-Proteinkomplex wiederhergestellt. Möglicherweise kann auch die β-Untereinheit wegdissoziieren und zur Signaltransduktion beitragen. G-Proteine können nach Stimulation von Neurotransmitter-Rezeptoren (D2-, 5-HT1A-, GABAB- oder muscarinerge Rezeptoren) direkt Ionenkanäle öffnen (Kaliumkanäle) oder schließen (spannungsabhängige Calciumkanäle). Durch Hemmung oder Stimulation der Adenylatcyclase werden die cAMP-abhängigen Prozesse kontrolliert. Gαt und Gαgust sind Mitglieder der Transducin-Familie der G-Proteine und realisieren die Signaltransduktion in den Photorezeptoren bzw. im Geschmacksepithel (Gustducin) durch die Aktivierung spezifischer Phosphodiesterasen. Neuropharmaka und Drogen können die Expression von G-Proteinuntereinheiten und damit neuronale Funktionen verändern. Ging man bislang davon aus, daß G-Proteine ausschließlich in der Plasmamembran vorkommen, weiß man seit einiger Zeit, daß es sie auch in sekretorischen Vesikeln innerhalb der Zelle gibt. Dort beeinflussen sie offenbar die Aufnahme von Hormonen und Neurotransmittern.

G-Proteine

Gs und Gi sind auch Angriffspunkte von Bakterientoxinen. So wirkt Choleratoxin durch ADP-Ribosylierung von GS inhibierend auf die GTPase-Aktivität, während Pertussistoxin vorwiegend durch ADP-Ribosylierung von Gi die Interaktion von G-Protein und Rezeptor stört, was beides zu einer Überfunktion der Adenylatcyclase führt.

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