Protéine G

Les protéines G (leur nom est une abréviation de l'anglais guanine nucleotide binding proteins) sont des molécules de nature protéique qui permettent le transfert d'informations à l'intérieur de la cellule. On parle de transduction de signaux.
Ces protéines sont appelées ainsi car elles utilisent l'échange de GDP en GTP comme un « interrupteur moléculaire » pour déclencher ou inhiber des réactions biochimiques dans la cellule.
Alfred G. Gilman et Martin Rodbell ont obtenu le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1994 pour leur découverte et leurs travaux sur les protéines G.

Structure 3D d'une protéine G hétérotrimérique

À la suite d'une activation d'un récepteur situé sur la surface de la cellule, la protéine G qui est liée à ce récepteur va pouvoir avoir un effet inhibiteur ou excitateur à l'intérieur de la cellule via une cascade de signalisation.

Ainsi un récepteur transmembranaire sur lequel vient se fixer une hormone telle que l'adrénaline va déclencher l'activation de la protéine G associée au récepteur.

La protéine G va alors avoir comme rôle dans le cas de l'adrénaline d'activer un complexe protéique (lui aussi fixé sur la membrane cellulaire) qui enclenchera une cascade de réactions. Ainsi il y a synthèse d'un second messager hormonal tel que l'AMPc (adénosine monophosphate cyclique) qui va exciter d'autres récepteurs à l'intérieur de la cellule.

Propriétés générales

Les protéines G appartiennent au vaste groupe des GTPases. La "protéine G" désigne généralement les protéines hétérotrimétriques G liées à la membrane, elle est parfois désignée comme la "grande" protéine G. Ces protéines sont activées par les récepteurs couplés aux protéines G et sont constituées de sous-unités alpha (α), beta (β) et gamma (γ). Il y a aussi des "petites" protéines G ou petites GTPases comme les RAS qui sont des monomères non liés à la membrane, mais qui lient aussi la GTP et la GDP et sont impliquées dans la transduction de signaux.

Les protéines G sont peut-être les molécules de transduction de signaux les plus importantes dans les cellules. En fait, des maladies comme le diabète, l'alcoolisme, et certaines formes de cancer de l'hypophyse, parmi beaucoup d'autres, sont soupçonnées d'avoir certaines origines dans des dysfonctionnements des protéines G. Une compréhension fondamentale de leur fonction, chaînes de réaction de signalisation et leur interaction avec d'autres protéines pourrait conduire à d'éventuels traitements et possiblement diverses approches préventives.

Protéines G couplées à un récepteur

Les protéines G couplées à un récepteur sont liées à la surface interne de la membrane cellulaire. Elles sont constituées des sous-unités G_α et G_βγ qui sont étroitement liées entre elles. Quand un ligand active le récepteur couplé aux protéines G, la protéine G se lie au récepteur, libère sa liaison GDP de la sous unité G_α, et lie une molécule de GTP à la place. Cet échange déclenche la dissociation de la sous-unité G_α, du dimère G_βγ, et du récepteur. G_α-GTP et G_βγ, peuvent chacun déclencher des différentes 'signalisations en cascade' (ou 'système second messager') et des protéines effectrices, tandis que le récepteur est de nouveau capable d'activer une nouvelle protéine G. Par son activité enzymatique inhérente, la sous-unité G_α va éventuellement hydrolyser la GTP en GDP, permettant de se ré-associer avec G_βγ pour redémarrer un nouveau cycle.

Un exemple bien caractérisé d'une signalisation en cascade déclenchée par une protéine G est la chaîne de réaction de l'AMPc. L'enzyme adénylate cyclase est activé par le G_αs-GTP et synthétise le messager secondaire adénosine monophosphate cyclique (AMPc) depuis l'ATP. Le messager secondaire alors interagit avec d'autres protéines en aval pour induire un changement de comportement cellulaire.

Sous-unités alpha

Les sous-unités G_α possèdent deux domaines, le domaine GTPase, et le domaine hélice alpha. Il existe au moins 20 différentes sous unités alpha, qui peuvent se classer parmi les principales familles suivantes:

• G_αs ou simplement G_s (stimulateur) - active l'Adénylate cyclase afin d'augmenter la synthèse de l'AMPc.
• G_αi ou simplement G_i (inhibiteur) - inhibe l'Adénylate cyclase.
• G_olf (olfacteur) - associé aux récepteurs olfactifs.
• G_t (transducine) - transducte les signaux visuels dans la rétine en conjonction avec la rhodopsine.
• G_q - stimule la phospholipase C.
• La famille G_12/13 - importante pour réguler le cytosquelette, les jonctions cellulaires, et les autres processus liés au mouvement.

Complexe beta-gamma

Les sous-unités β et γ sont solidement liées l'une à l'autre, on parle alors de complexe beta-gamma. Le complexe G_βγ est libéré de la sous-unité G_α après un échange GDP-GTP. Le complexe G_βγ libre peut agir comme une molécule signal elle-même, en activant d'autres messagers secondaires ou en commandant directement des canaux ioniques. Par exemple, le complexe G_βγ, quand il est lié à un récepteur histaminique, peut activer la phospholipase A₂. Les complexes G_βγ liés à des récepteurs muscariniques - acetylcholine, d'un autre côté, ouvrent directement les canaux GIRK (canaux à courant potassique rectifiant activé par les protéines G).

Références

• Kandel, Eric, James Schwartz, and Thomas Jessel. 2000. Principles of Neural Science. 4th ed. McGraw-Hill, New York.
• Lodish et al. 2000. Molecular Cell Biology 4th ed. W.H. Freeman and Company, New York.
• Voet, Donald and Judith G. Voet. 1995. Biochemistry 2nd ed. John Wilely & Sons, New York.

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