構造生物学10．シグナル変換

1

シグナル変換経路

Stryer Fig 14.2 （第6版）

2

受容体シグナル分子

細胞膜

シグナル増幅・分岐

細胞外

細胞内

シグナル認識

伝達

応答 ＆ 増幅

細胞外ドメイン

膜貫通ドメイン

細胞内ドメイン

Fig. 13-13

受容体３ファミリー

イオンチャネル連結型

Ｇ蛋白質連結型

酵素連結型

（12章）

GPCR

チロシンキナーゼ グアニル酸シクラーゼ

4

Ｇ蛋白質分子スイッチ

5 6

Ｇ蛋白質連結型受容体の概念図

Fig. 13-2

シグナル分子

GDP ⇄ GTP

7

G蛋白質

Stryer Fig 14.6 （第6版）

8

G蛋白質

Stryer Fig 14.6 （第6版）Ga

Gb

Gg

9

トランスデューシンのGα

Fig. 13-6

10

Gαの構造変化

GTP GDP

11

スイッチ領域の構造変化

スイッチⅠ

スイッチ II

スイッチ III

スイッチ II

スイッチ IIFig. 13-8, 9, 10

GTPGDP

12

GDP結合型

PDBID: 1TAG@1tag-1.txt

Fig. 13-6

13

GDP型 → GTP型

pdb1tnd-A_lsq1PDBID: 1TAG

@1tag-2.txt

Fig. 13-8, 9, 10

スイッチⅠスイッチ II

スイッチ III

14

GDP型とGTP型の詳細比較

pdb1tnd-A_lsq1PDBID: 1TAG

@1tag-3.txt

Fig. 13-8, 9, 10

スイッチⅠスイッチ II

スイッチ III

15

G蛋白質によるアデニル酸シクラーゼの活性化模式図

Fig. 13-3

セカンド メッセンジャー

GDP型

GTP結合型

16

Gαβγ

PDBID: 1GOT@1got.txt

Gα-GDP Gβ

GγスイッチⅠ

スイッチ II

17

Gα アデニル酸シクラーゼ複合体

PDBID: 1AZS@1azs.txt

Gα-GTPアデニル酸シクラーゼ の酵素ドメイン

スイッチⅠ

スイッチ II

18

受容体ーG蛋白質サイクル

Oldham, WM. et al., Nature Rev Mol Cell Bio 9, 60-71 (2008)

19

受容体とG蛋白質の相互作用

PDBID: 3SN6例えば Nature 476, 387 (2011)のニュース記事

@3sn6.txt

GPCR（β2アドレナリン受容体）

20

受容体型チロシンキナーゼ酵素連結型受容体

リン酸化による分子スイッチ

21

３つのドメイン

Fig. 13-24

リガンド結合 ドメイン

細胞内ドメイン

膜貫通ドメイン （一本鎖）

22

成長ホルモン受容体の膜外ドメイン

Fig. 13-19

２つの 免疫グロブリン様

ドメイン

23

成長ホルモンと受容体

Fig. 13-20

の細胞外ドメイン

24

二量化による活性化の模式図

Stryer Fig 15.27 （第5版）

リガンド結合 ドメイン

細胞内キナーゼ ドメイン

成長 ホルモン

二量体化 （活性化）

25

成長ホルモンの結合

PDBID: 1KF9@1kf9-1.txt

26

成長ホルモンの結合

PDBID: 1KF9@1kf9-2.txt

27

受容体ドメイン連結領域

PDBID: 1KF9@1kf9-3.txt

Fig. 13-22

RNS

SVDE

28

二量化による活性化

http://pdbj.org/mom?id=126

上皮成長因子EGFの例 (Epidermal Growth Factor)

リガンド結合 ドメイン

キナーゼ ドメイン

29

二量化による活性化の模式図

Zhang, X., et al., Cell, 125, 1137–1149, (2006)

ability of one mutant to activate the other in trans. Since thedimer interface is asymmetric, the model predicts that anEGFR molecule with a mutation in the C-lobe face of the di-mer interface (i.e., with the cyclin-like face disrupted) canbe activated by another EGFR molecule that has an intactC-lobe interface. Conversely, an EGFR molecule witha mutation in the N-lobe face of the dimer interface (i.e.,one that is predicted to be resistant to activation) can actas a cyclin-like activator for another EGFR molecule inwhich the N-lobe face is intact. In order to test these pre-dictions we constructed a catalytically dead variant ofEGFR in which Asp813 (the catalytic base in the kinase do-main) is replaced by asparagine (EGFRkinase-dead). Trans-fection of cells with EGFRkinase-dead shows that it doesnot undergo autophosphorylation either before or afterEGF stimulation (Figure 6C).

Cotransfection of EGFRkinase-dead with EGFR(I682Q) (anN-lobe mutant) does not result in detectable levels of au-tophosphorylation (Figure 6C, combination [3]). In con-

trast, cotransfection of EGFRkinase-dead with EGFR(V924R)results in robust levels of autophosphorylation (Figure 6C,combination [4]). In this case the catalytically activeEGFR(V924R) (a C-lobe mutant) has an intact N-lobeface, and although it cannot stimulate itself because ofits disrupted C-lobe face, it can be stimulated by the intactC-lobe of EGFRkinase-dead (Figure 6B, combination [4]). Wealso generated a double mutant, EGFRkinase-dead(I682Q),which rescues the autophosphorylation of EGFR(V924R)because it has an intact C-lobe that can interact with theintact N-lobe of EGFR(V924R) (Figures 6B and 6C, combi-nation [10]).

Also consistent with the model is the inability ofEGFRkinase-dead(I682Q) to rescue autophosphorylation ofEGFR(I682Q) (Figure 6C, combination [9]). In this case,both transfected EGFR molecules have defective N-lobefaces (Figures 6B and 6C, combination [9]). Likewise,a double mutant EGFRkinase-dead(V924R) (defective C-lobe face) failed to rescue the autophosphorylation of

Figure 7. A General Model for the Activation of Members of the EGFR Family(A) Sequence alignment of the EGFR family members from human and mouse. Two regions containing residues involved in the N- and C-lobe faces of

the dimer interface are shown in the upper and lower panels, respectively. Identical residues are colored in red. Residues in the N- and C-lobe faces of

the dimer interface are denoted by ovals and triangles, respectively. Magenta and cyan highlight residues in the dimer interface that are conserved

among EGFR, ErbB2, and ErbB4 but not in ErbB3.

(B) A general model of the activation mechanism for the EGFR family receptor tyrosine kinases. All the members in the family can act as the cyclin-like

activator for the kinase-active members (EGFR, ErbB2, and ErbB4) after ligand-induced homo- or heterodimerization.

Cell 125, 1137–1149, June 16, 2006 ª2006 Elsevier Inc. 1145

30

Src チロシンキナーゼ

Fig. 13-30

不活性型

31

Src チロシンキナーゼ

Fig. 13-30PDBID: 2SRC@2src-1.txt

SH3

SH2キナーゼ

32

SH2のpY527の結合部位

PDBID: 2SRC@2src-2.txt

33

Src チロシンキナーゼの構造変化と活性化

http://pdbj.org/mom?id=43

活性型

不活性型

34

Src チロシンキナーゼの構造変化と活性化

SC Harrison, Cell, 112, 737‒740 (2003)

35

課題

授業ではTyrの活性化のメカニズムを見たが，キナーゼにはSerやThrがリン酸化されるセリン／スレオニンキナーゼもある． そうしたキナーゼで，リン酸化されるSerやThrをGluに置換した変異体を作製したらどういうことが起こると考えられるか．

36