Войти
GTP 
GDP Факторы обмена гуаниновых нуклеотидов ( GEF ) представляют собой белки или белковые домены, которые активируют мономерные GTPases, стимулируя высвобождение гуанозиндифосфата (GDP), что позволяет связывать гуанозинтрифосфат (ГТП). Было показано, что множество неродственных структурных доменов проявляют активность обмена гуаниновых нуклеотидов. Некоторые GEF могут активировать несколько GTPases, в то время как другие специфичны для одной GTPase.
Схема активации GEF GTPase Факторы обмена гуаниновых нуклеотидов (GEF) представляют собой белки или белковые домены, участвующие в активации малых GTPases. Малые GTPases действуют как молекулярные переключатели во внутриклеточных сигнальных путях и имеют множество последующих мишеней. Наиболее известные ГТФазы составляют суперсемейство Ras и участвуют в основных клеточных процессах, таких как дифференцировка и пролиферация клеток, организация цитоскелета, перенос пузырьков и ядерный транспорт. ГТФазы активны, когда связаны с ГТФ, и неактивны, когда они связаны с GDP, что позволяет регулировать их активность с помощью GEF и противоположных белков , активирующих ГТФазу (GAP).
GDP очень сильно отделяется от неактивных GTPases медленно. Связывание GEF с их субстратами GTPase катализирует диссоциацию GDP, позволяя молекуле GTP связываться на его месте. ГЭФ работают, чтобы способствовать разделению ВВП. После того, как GDP отделился от GTPase, GTP обычно связывается на своем месте, поскольку цитозольный коэффициент GTP намного выше, чем GDP и составляет 10: 1. Связывание GTP с GTPase приводит к высвобождению GEF, который затем может активировать новую GTPase. Таким образом, GEF как дестабилизируют взаимодействие GTPase с GDP, так и стабилизируют безнуклеотидную GTPase до тех пор, пока с ней не свяжется молекула GTP. GAPs (белок, активирующий GTPase) действуют антагонистически, инактивируя GTPases, увеличивая собственную скорость гидролиза GTP. GDP остается связанным с неактивной GTPase, пока GEF не свяжется и не стимулирует ее высвобождение.
Локализация GEFs может определять, где в клетке конкретная GTPase будет активна. Например, Ran GEF, RCC1 присутствует в ядре, в то время как Ran GAP присутствует в цитозоле, модулируя ядерный импорт и экспорт белков. RCC1 превращает RanGDP в RanGTP в ядре, активируя Ran для экспорта белков. Когда Ran GAP катализирует превращение RanGTP в RanGDP в цитозоле, груз белка высвобождается.
Механизм активации GTPase варьируется в зависимости от GEF. Однако есть некоторое сходство в том, как разные GEF изменяют конформацию нуклеотид-связывающего сайта G-белка. ГТФазы содержат две петли, называемые переключателем 1 и переключателем 2, которые расположены по обе стороны от связанного нуклеотида. Эти области и фосфат -связывающая петля GTPase взаимодействуют с фосфатами нуклеотида и координирующим ионом магния для поддержания связывания с высоким сродством нуклеотида. Связывание GEF вызывает конформационные изменения в P-петле и переключающих областях GTPase, в то время как остальная часть структуры в значительной степени не изменяется. Связывание GEF стерически затрудняет сайт связывания магния и мешает области связывания фосфата, в то время как область связывания оснований остается доступной. Когда GEF связывает GTPase, сначала высвобождаются фосфатные группы, а GEF вытесняется при связывании входящей молекулы GTP. Хотя эта общая схема является общей для GEF, специфические взаимодействия между областями GTPase и GEF различаются для отдельных белков.
Некоторые GEF специфичны для одной GTPase, а другие имеют несколько субстратов GTPase. В то время как разные подсемейства GTPases суперсемейства Ras имеют консервативный GTP-связывающий домен, это не относится к GEFs. Разные семейства GEF соответствуют разным подсемействам Ras. Функциональные домены этих семейств GEF структурно не связаны и не обладают гомологией последовательностей. Эти домены GEF, по-видимому, эволюционно не связаны, несмотря на сходные функции и субстраты.
Домен гомологии CDC25, также называемый доменом RasGEF, является каталитическим доменом многие Ras GEFs, которые активируют Ras GTPases. Домен CDC25 состоит примерно из 500 аминокислот и впервые был идентифицирован в белке CDC25 у почкующихся дрожжей (Saccharomyces cerevisiae ).
Dbl-подобные RhoGEF присутствовали в происхождении эукариот и эволюционировали как высокоадаптивные медиаторы клеточной передачи сигналов. Dbl-подобные RhoGEF характеризуются наличием домена Dbl Homology (домен DH ), ответственного за каталитическую активность GEF для Rho GTPases. геном кодирует 71 член, распределенный по 20 подсемействам. Все 71 член уже присутствовали у ранних позвоночных, и большинство из 20 семейств уже присутствовали у ранних Metazoans. Многие белки семейства Dbl млекопитающих являются тканеспецифичными, и их количество у Metazoa варьируется пропорционально сложности передачи сигналов клетки. Домены гомологии плекстрина (домены PH ) связаны в тандеме с доменами DH у 64 из 71 члена семейства Dbl. домен расположен непосредственно рядом с концом C домен DH. Вместе эти два домена составляют минимальную структурную единицу, необходимую для активности большинства белков семейства Dbl. Домен PH участвует во внутриклеточном нацеливании домена DH. Обычно считается, что он модулирует связывание с мембраной посредством взаимодействия с фосфолипидами, но было показано, что его функция различается в разных белках. Этот домен PH также присутствует в других белках помимо RhoGEF.
домен DHR2 является каталитическим доменом семейства DOCK Rho GEF. Как и домен DH, DHR2 уже присутствовал в происхождении эукариот. Семейство DOCK является отдельным подмножеством GEF из семейства Dbl и не имеет структурной или последовательной связи с доменом DH. Выявлено 11 идентифицированных членов семейства DOCK, разделенных на подсемейства в зависимости от их активации Rac и Cdc42. Члены семейства DOCK участвуют в миграции клеток, морфогенезе и фагоцитозе. Домен DHR2 состоит примерно из 400 аминокислот. Эти белки также содержат второй консервативный домен DHR1, который состоит примерно из 250 аминокислот. Было показано, что домен DHR1 участвует в мембранной локализации некоторых GEF.
Домен Sec7 отвечает за каталитическую активность GEF в. Белки ARF действуют в транспорте везикул. Хотя ARF GEFs расходятся в своих общих последовательностях, они содержат консервативный домен Sec 7. Этот участок из 200 аминокислот гомологичен дрожжевому белку Sec7p.
GEF часто рекрутируются адапторными белками в ответ на восходящие сигналы. GEF являются многодоменными белками и взаимодействуют с другими белками внутри клетки через эти домены. Адаптерные белки могут модулировать активность GEF, взаимодействуя с другими доменами помимо каталитического домена. Например, SOS 1, Ras GEF в пути MAPK / ERK, рекрутируется адаптерным белком GRB2 в ответ на рецептор EGF активация. Связывание SOS1 с GBR2 локализует его на плазматической мембране, где он может активировать связанный с мембраной Ras. Другие GEF, такие как Rho GEF Vav1, активируются при фосфорилировании в ответ на восходящие сигналы. Вторичные посредники, такие как цАМФ и кальций, также могут играть роль в активации GEF.
Также было показано перекрестное взаимодействие между GEF и множественными путями передачи сигналов GTPase. Например, SOS содержит домен гомологии Dbl в дополнение к его каталитическому домену CDC25. SOS может действовать как GEF для активации Rac1, RhoGTPase, в дополнение к своей роли GEF для Ras. Таким образом, SOS является связующим звеном между сигнальными путями GTPase Ras-Family и Rho-Family.
GEF являются потенциальной мишенью для терапии рака из-за их роли во многих сигнальные пути, особенно пролиферация клеток. Например, многие виды рака вызваны мутациями в пути MAPK / ERK, которые приводят к неконтролируемому росту. GEF SOS1 активирует Ras, целью которого является киназа Raf. Raf является протоонкогеном, потому что мутации в этом белке были обнаружены при многих видах рака. Было показано, что Rho GTPase Vav1, которая может быть активирована рецептором GEF, способствует пролиферации опухолей при раке поджелудочной железы. GEF представляют собой возможные терапевтические мишени, поскольку они потенциально могут играть роль в регуляции этих путей посредством активации GTPases.
