Кіріспе

GTPазаны белсендіретін ақуыздар немесе GTPазаны үдетіп жіберетін ақуыздар (GAP) – бұл мүшелері белсенді G ақуыздарына байланысып, олардың GTPаза активтілігін күшейтіп, сигнал беру процесін тоқтататын реттеуші ақуыздар тобы. GAP-тар RGS протеиндері деп те аталады, және бұл ақуыздар G ақуыздарының активтілігін бақылауда маңызды рөл атқарады. G ақуыздарын реттеудің маңызы бар, себебі бұл ақуыздар жасушаның көптеген маңызды процестеріне қатысады. Мысалы, үлкен G ақуыздары G ақуыздарымен байланысқан рецепторлардан сигналдарды түрлендіруге қатысады, гормоналды сигнал беру сияқты әртүрлі сигнал беру процестерін қамтамасыз етеді. GAP-тың осы функциядағы рөлі – G ақуызының активтілігін тоқтату болып табылады. Осы тұрғыдан алғанда, GAP функциясы гуанин нуклеотидтерін алмастыру факторларының (GEF) функциясына қарама-қарсы келеді, себебі GEF G ақуызының сигналдарын күшейтуге көмектеседі.

Механизм

GAP-тар G белоктарымен байланысты рецепторлар отбасымен тығыз байланысты. G белоктарының активтілігі гуанозин трифосфатын (GTP) байланыстыру қабілетіне байланысты. GTP байланысы G белоктарының активтілігін өзгертеді және тежеуші кішібірліктерді жоғалту арқылы олардың активтілігін арттырады. Осыған байланысты активті күйде G белоктары басқа белоктармен байланысып, төменгі сигнал беру мақсаттарын қоса алады. Бұл процесті G белоктарының активтілігін төмендететін GAP-тар реттейді. G белоктары GTP-ні нашар гидролиздей алады, фосфат байланысын үзіп, ЖДӨ-ні (GDP) жасайды. Бұл GTP-ні реакция үшін жақсы субстратқа айналдырады. Сол сияқты, GAP-тар байланысқан GTP-де ЖДӨ-ге (GDP) ұқсас заряд таралуын тудырады. Заряд таралуының өзгеруі GTP субстратын реакция өнімдеріне, ЖДӨ-ге (GDP) және монофосфатқа ұқсатады, соның салдарынан молекулануклеофильдік шабуылға ашылып, реакцияның өтпелі күйдегі энергия кедергісін төмендетеді және GTP-нің оңай гидролизденуіне мүмкіндік береді. Осылайша, GAP-тар G белоктарының GTP гидролиз реакциясын күшейту үшін жұмыс істейді. Осы арқылы олар G белоктарының ішкі таймерін жылдамдатып, G белоктарын тез деактивациялайды, ал GEF-тердің деактивациясымен бірге G белоктарының сигналын тоқтатады. Демек, G белоктарын реттеуде GAP-тар маңызды рөл атқарады.

G ақуыздарына тән ерекшелік

Жалпы, GAP-тар өздерінің мақсатты G-белоктарына өте қатаң ерекшеленеді. Нысаналы ерекшеліктің нақты механизмі толыққанды белгісіз, бірақ бұл ерекшелік түрлі факторлардың жиынтығынан туындауы мүмкін. Ең қарапайым деңгейде, GAP-тан G-белгісінің ерекшелігі тек ақуыз экспрессиясының уақыты мен орнына байланысты болуы мүмкін. Мысалы, RGS9 1 көздің торлы қабатындағы таяқша және конус фоторецепторларында ғана экспрессияланады және осы аймақта фототрансдукцияға қатысатын G-белгілерімен өзара әрекеттесетін жалғыз түр болып табылады. Белгілі бір GAP және белгілі бір G-белгісі бір уақытта және бір жерде экспрессияланады, осылайша жасуша ерекшелікті қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, мүкірлік ақуыздары тиісті GAP-ты оның G-белгісіне жинақтап, дұрыс байланыс өзара әрекеттестіктерін күшейтуге көмектеседі. Бұдан бөлек, YopE – Rho GTPase-ті белсендіретін ақуыз (GAP) болып табылатын ақуыз домені, ол RhoA, Rac1 және Rac2 сияқты шағын GTPаздарды нысаналайды.

Гетеротримерлік

Гетеротримерлі G ақуыздарының альфа-кішібірліктеріне әсер ететін көптеген GAP RGS ақуыздар отбасысына жатады.

Реттеу

GAP-тар G ақуыздарын реттеуге қызмет етеді, сонымен қатар GAP-тардың өзі де белгілі бір деңгейде реттеледі. Көптеген GAP-тарда олар реттейтін жолдың төменгі бағытындағы нысандармен байланысқа түсетін аллостерикалық орындар бар. Мысалы, жоғарыда аталған фоторецепторлардағы RGS9 1 GAP, тор қабықтағы фототрансдукцияның төменгі компоненті – cGMP фосфодиэстеразасымен (cGMP PDE) өзара әрекеттеседі. cGMP PDE-мен байланысқанда RGS9 1 GAP белсенділігі артады. Мұндай GAP-ты тежеу сигнал беру жолын белсендіруге мүмкіндік береді. Бұл G ақуыздары белсендірілгеннен кейін белсенділік терезесін жасайды, себебі GAP уақытша тежеледі. Калий арнасы белсендірілген кезде Ca2+ босап, кальмодулинмен байланысады. Олар бірлесіп, PIP3-ті GAP-тан бір орынға бәсекелес байланысу арқылы ығыстырады, соның салдарынан GAP-ты қайта белсендіріп, G ақуызының сигнал беруін тоқтатады. Бір GAP екінші GAP-тың теріс реттеушісі болып табылады. Мұндай GAP-тар арасындағы өзара реттелудің себептері әлі анық емес, бірақ бір гипотеза бойынша, бұл GAP-тар арасындағы байланыс барлық GAP-тардың «өшіру» сигналын әлсіретеді. p120Ras GAP белсенді болғандықтан, осы жолды тежейді, бірақ басқа жасушалық процестер жалғаса береді, себебі ол басқа GAP-тарды тежейді. Бұл жүйенің бір «өшіру» сигналынан толығымен тоқтауына жол бермейді. GAP белсенділігі жоғары динамикалық және сигнал беру жолдарының көптеген басқа компоненттерімен өзара әрекеттеседі.

Аурулар арасындағы байланыстар және клиникалық маңыздылығы

GAP маңыздылығы оның маңызды G ақуыздарын реттеуінен туындайды. Бұл G ақуыздарының көпшілігі клеткалық циклға қатысады және олар протоонкогендер деп аталады. Мысалы, G ақуыздарының Ras суперотбасы көптеген қатерлі ісіктермен байланысты, себебі Ras – FGF немесе фибробласт өсу факторы сияқты көптеген өсу факторларының жиі кездесетін төменгі бағыты. Қалыпты жағдайда бұл сигналдар клеткалардың реттелген өсуі мен көбеюін қамтамасыз етеді. Алайда, қатерлі ісік жағдайында мұндай өсу реттелмейді және ісік пайда болуына әкеледі. Көбінесе, бұл онкогендік мінез-құлық сол G ақуыздарымен байланысты GAP функциясының жоғалтуынан немесе G ақуызының GAP-қа жауап беру қабілетінің жоғалтуынан туындайды. Бірінші жағдайда G ақуыздары GTP-ні жылдам гидролиздей алмайды, нәтижесінде G ақуыздарының белсенді түрі ұзақ сақталады. G ақуыздарының гидролиттік активтілігі нашар болғанымен, функционалды GEF-тердің болуы кезінде белсенді емес G ақуыздары үнемі белсенділерімен алмастырылады, себебі GEF-тер осы ақуыздарда GDP-ні GTP-ге ауыстырады. G ақуызының активтілігін тежейтін GAP болмағанда, G ақуыздары конститутивті түрде белсенді болады, клеткалардың реттелмеген өсуіне және қатерлі ісікке әкеледі. Екінші жағдайда, G ақуызының GAP-қа жауап беру қабілетінің жоғалтуы, G ақуыздары GTP-ні гидролиздей алмауына себеп болады. Функционалды емес G ақуызы ферментімен GAP-тар GTPаза активтілігін белсендіре алмайды, ал G ақуызы конститутивті түрде белсенді болады. Бұл да клеткалардың реттелмеген өсуіне және қатерлі ісікке әкеледі. GAP-тың жұмыс істемеуі клиникалық жағдайда кең таралған. Кейбір жағдайларда GAP генінің экспрессиясы төмендейді. Мысалы, пациенттердегі папиллярлық қалқанша безі қатерлі ісігінің кейбір жақында сипатталған жағдайларында Rap1GAP экспрессиясы төмендегені байқалады, бұл GAP мРНК экспрессиясының төмендеуінен туындаған сияқты, бұл qRT-ПТР эксперименттерінде көрсетілген. Бұл жағдайда Rap1GAP генінің экспрессиясының бұзылуы байқалады. Басқа жағдайда, бірнеше қатерлі ісіктерде Ras GAP экспрессиясы геннің тиісінше эпигенетикалық тұншығуынан жоғалады. Бұл жасушаларда геннің жанында CpG метилирлеуі болады, ол геннің транскрипциясын тоқтатады. Регулятордың болмауынан G ақуыздарының реттелуі жоғалады, нәтижесінде қатерлі ісік пайда болады. Басқа қатерлі ісіктерде G ақуызының GAP-қа сезімталдығы төмендейді. Бұл G ақуыздары G ақуыздарының ішкі GTPаза активтілігін бұзатын миссенс-мутацияларды қабылдайды. Мутант G ақуыздары әлі де GAP-тармен байланысады, бірақ G ақуызының GTPаза активтілігі жоғалғанда, GAP-тар арқылы GTPаза активтілігін күшейтудің мәні болмайды. GAP функциясы – гидролиттік ферментті белсендіру. Мысалы, T24 көк шөлке рагы жасушаларында G12V миссенс-мутациясы бар екені анықталды, нәтижесінде Ras ақуызы конститутивті түрде белсенді болады. G ақуызының регуляторының болуына қарамастан, реттелу G ақуызының өзіндегі функцияның жоғалтуынан жоғалады. Бұл функцияның жоғалтуы қатерлі ісікке де әсер етеді. Сондықтан GAP және олардың G ақуыздарымен өзара әрекеттесуі клиникалық тұрғыдан өте маңызды және қатерлі ісікпен емдеудің әлеуетті нысаны болып табылады.