G-Proteine

Die Bezeichnung "G-Protein" steht als Abkürzung für "Guanosintriphosphat-bindendes Protein". G-Proteine nehmen eine Schlüsselposition in der Signalweiterleitung (Signaltransduktion) ein, die zwischen einem Rezeptor (G-Protein-Rezeptor) und den nachgeschalteten Second-Messenger-Systemen erfolgt.

Man unterscheidet zwischen membranständigen heterotrimeren G-Proteinen und cytosolischen sogenannten kleinen G-Proteinen.

Heterotrimere G-Proteine bestehen aus 3 Untereinheiten (alpha, beta und gamma). Die alpha-Untereinheit besitzt eine GDP/GTP-Bindungsdomäne, die über den Aktivitätszustand entscheidet 

In der inaktiven Form des G-Proteins bindet die alpha Untereinheit GDP (s.Abb.). Die beta- und gamma- Untereinheiten sind angelagert. Wird das G-Protein aktiviert (dies erfolgt über einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor an den ein  Ligand bindet) so wird in der alpha Untereinheit das gebundene GDP gegen GTP ausgetauscht (s.Abb.). Bei diesem Prozess wird die alpha Untereinheit mit dem gebundenen GTP von den beiden beta/gamma Untereinheiten abgetrennt (dissoziiert).

Die dissoziierten beta/gamma  Untereinheiten zerfallen nicht in der Zelle, sondern stellen eine eigenständige funktionelle Einheit dar. 

Heterotrimere G-Proteine besetzen eine Schlüsselposition in der Signaltransduktion. Sie sind verantwortlich für bedeutende physiologische (z. B. Sehen, Riechen, Blutdruckregulation etc.) und pathophysiologische Effekte (z. B. arterielle Hypertonie). Subfamilien sind:

• Gs-Proteine: cAMP abhängige Reaktionen
• Gi-Proteine: inhibitorische G-Proteine
• Gq-Proteine: Phospholipase C gekoppelte G-Proteine

Kleine (auch als "nicht-klassische" G-Proteine bezeichnet) G-Proteine sind monomere, GTP-bindende Proteine. Sie bestehen nur aus einer (monomer) Untereinheit.Diese entspricht  in Struktur und Funktion einer G-alpha-Untereinheit. > 100 unterschiedliche kleine G-Proteine sind bisher bekannt. Sie werden in 5 Familien unterteilt: Ras, Rho, Rab, Sar1/Arf, Ran.

Kleine G-Proteine sind an der Regulation zahlreicher Zellfunktionen beteiligt, so an der Regulation der Genexpression (Ras und Rho - die Varianten  Hras, Kras und Nras sind Protoonkogene; Vras ist ein Onkogen), der Regulation des Zytoskeletts/Zellbeweglichkeit (Rho), der Regulation des Vesikeltransports (Rab und Sar1/Arf) sowie der Regulation des Transports zwischen Zytoplasma und Zellkern (Ran). Kleine G-Proteine haben eine geringere GTPase Aktivität als heterotrimere G-Proteine. Sie werden über ein regulatorisches Protein ("GTPase activating protein") stimuliert. Dabei gehen die kleinen G-Proteine (wie die heterotrimeren G-Proteine) von der  inaktiven, GDP-gebundenen Form in eine aktive, GTP-gebundene Form über. 

Etwa 1/3 aller Tumore zeigen ras-Mutationen, was die Entwicklung membranpermeabler Hemmstoffe zu einem wichtigen therapeutischen Ziel macht. Günstig ist dass sie bevorzugt die GDP-bindende (somit die inaktive) Form von ras angreifen und damit diese stabilisieren.