2. Bevezetés
2.2. A G-fehérjéhez kapcsolt receptorok interakciós partnerei
2.2.2. G-fehérjéhez kapcsolt receptor kinázok
A G-fehérjéhez kapcsolt receptor kinázok (GRK-k) legfontosabb feladata az aktív GFKR-ek foszforilációja, ami meghatározó jelentőséggel bír a GFKR további működésében. A GRK enzimcsalád 7 taggal rendelkezik, melyeket 3 alcsaládba sorolhatunk (3. ábra) [22]. A GRK1 (vizuális) alcsaládba tartozik a GRK1 és GRK7, melyek a rodopszin ill. a csap opszin kinázai, a GRK2 alcsaládot a GRK2 és GRK3 enzimek alkotják, míg a GRK4, a GRK5 és a GRK6 a GRK4 alcsalád tagjai. A GRK-k szerin-treonin protein kináz enzimek, és az aktív konformációjú GFKR-eket képesek foszforilálni [22], bár egyes izoformák esetében leírtak affinitást az agonistával nem kezelt receptorokhoz is [23]. Minden GRK izoforma tartalmaz katalitikus domént, RH (regulatory of G protein signaling (RGS) homology) domént, N-terminálisan egy szabályozó szereppel bíró α-hélix struktúrát, a C-terminális pedig a plazmamembrán lokalizációért felelős szerkezeti elemet tartalmazza [22]. A GRK1 és GRK4 alcsalád tagjai konstitutív membrán elhelyezkedést mutatnak. A GRK1, GRK4, GRK6 és GRK7 lipidhorgonnyal, a GRK5 pedig számos bázikus és hidrofób aminosavon keresztül kötődik a PIP2-tartalmú membránhoz. Ezzel szemben a GRK2 alcsalád enzimei aktiváció hiányában citoplazmatikusan találhatóak. Ezen enzimek receptorstimuláció hatására helyeződnek ki a plazmamembránhoz, amiért az aktivált heterotrimer G-fehérjék βγ-alegységével történő, pleksztrin homológia (PH) doménen keresztüli interakció a felelős.
A Gq-fehérje α-alegysége képes a GRK2 RH-doménjéhez kötődni, ami egyrészt stabilizálja a GRK2-Gβγ komplexet [24], másrészről ezáltal a Gαq nem képestovábbi PLCβ aktiválásra, így ez egy fontos negatív visszacsatolási kört jelenthet a Gαq-kapcsolt receptorok deszenzitizációjában [25].
17
3. ábra A GRK enzimek szerkezete. Az ábrán látható a katalitikus és szabályozó domének egymáshoz képesti elhelyezkedése a fehérjeláncon belül. Jobb oldalt: a GRK5 harmadlagos szerkezetének sematikus oldalnézete. Forrás: [22].
A GRK-k aktivációjának mechanizmusát a közelmúltban sikerült feltárni a β2 AR-GRK5 komplex vizsgálatával [26]. Ezen adatok azt mutatják, hogy a receptor AR-GRK5 interakciós felszíne a receptor inaktív állapotában fedve van, aminek felszabadulásához a receptor TM6 régiójának kifelé történő elmozdulása szükséges, hasonlóan a G-fehérje (és későbbiekben az arresztin) aktiváció esetén látottakhoz. A receptoraktiváció hatására egy, a transzmembrán hélixek által határolt gödör alakul ki a receptor citoplazmatikus felszínén, amihez képes a GRK az RH-doménjével és az N-terminális α-hélix-szel dokkolni. A kötés hatására a GRK aktivációja is létrejön: megszűnnek a poláros kötések az RH és a kináz domén között, melyek addig az enzimet inaktív állapotban tartották.
18
A GRK foszforilációs helyek a legtöbb receptor esetében a GFKR C-terminálisán találhatóak. Egyes GFKR-ek, mint például a szagló vagy a muszkarinerg receptorok viszont csak nagyon rövid C-terminálissal rendelkeznek, ezen receptorok esetében a farokrégió helyett az ICL3 régióban találhatóak a GRK-k célpontjául szolgáló szerin és treonin aminosavak [22].
Mivel több mint 800 humán GFKR létezik, de csak 5 nem-vizuális GRK, ebből következik, hogy egy GRK-nak képesnek kell lennie több receptort is foszforilálni [27].
Arról viszont nagyon keveset tudunk, hogy létezik-e valamilyen szintű receptorspecificitás vagy -preferencia a különböző izoformák között. Hasonlóan kevés információval rendelkezünk arról, hogy mik a GRK-k konszenzus foszforilációs szekvenciái, melyek ráadásul nagy valószínűséggel GRK izoenzim-specificitást is mutatnak. Ismert, hogy HEK 293 sejtekben a GRK2 és a GRK6 felelősek az aktivált β2AR C-terminálisának foszforilációjáért, és ezt a feladatot a két enzim más-más pozíciókban végzi el [28]. Emellett ligandum-függőnek mutatkozott, hogy mely GRK izoenzimek aktiválódnak receptorstimuláció után. A β2AR agonista izoproterenol hatására a GRK2 és a GRK6 aktivációja is létrejön, ezzel szemben a G-fehérjét nem, de β-arresztint aktiváló karvedilol (ún. jelátvitel-szelektív ligandum, lásd később) csak a GRK6 általi foszforilációt idézi elő, hiszen a GRK2 aktivációjához szükséges a G-fehérje aktivitás [28]. Mivel a két enzim különböző helyeken foszforilál, így izoproterenol és karvedilol hatására különböző foszforilációs mintázat jön létre a receptoron. A foszforilációs mintázat pedig meghatározhatja, hogy a foszfátcsoportkötésen keresztül aktiválódó effektor fehérjék (mint például az arresztinek) milyen módon és konformációban tudnak kötődni a receptorhoz, aminek eltérő működésbeli következményei lehetnek. Ezt nevezzük vonalkód-teóriának, amely valószínűsíthetően fontos szabályozó funkcióval bír (4. ábra) [28–31].
19
4. ábra A vonalkód hipotézis. A különböző GRK izoformák más-más helyen képesek foszforilálni a receptor C-terminálist A receptorhoz kapcsolt foszfát csoportok így különböző mintázatokat alkothatnak, melyek ezáltal egy „vonalkódot” képeznek. A különböző vonalkódokhoz a β-arresztinek eltérő konformációkban kapcsolódhatnak, melyek eltérő funkcióval bírhatnak.
Fontos megjegyezni, hogy a receptorfoszforiláció nemcsak a GRK-k által jöhet lére. Régóta ismert, hogy a PKA és a PKC is képest GFKR-t foszforilálni, ha az adott receptor rendelkezik a kináz konszenzus foszforilációs szekvenciájával [32]. Ezek mellett leírták az Akt, a kazein kináz II és számos más szerin-treonin protein kináz mellett tirozin kinázok szerepét is a GFKR-foszforilációban [30]. Míg a GRK-k főként az aktív konformációjú GFKR-eket szabályozzák [32], az előbbi enzimek az inaktív receptorokat is hatékonyan képesek foszforilálni, ami nagy jelentőséggel bír a heterológ deszenzitizáció folyamatában (lásd később).
A GRK-k rendelkeznek számos nem-GFKR szubsztráttal is, melyek között vannak membránreceptorok, nem-receptor membránfehérjék, jelátvitelben szereplő citoszolikus fehérjék, citoszkeletális fehérjék és transzkripciós faktorok [27]. Ezért
20
felmerül annak lehetősége, hogy a GRK-k fontos szereplői a GFKR-ekről induló jelátviteli folyamotoknak is.