หน่วยรับที่จับคู่กับจีโปรตีน

หน่วยรับที่จับคู่กับจีโปรตีน ( ตัวย่อ GPCRs)
ที่มีชื่ออื่น ๆ อีกว่า seven-(pass)-transmembrane domain receptors, 7TM receptors, heptahelical receptors, serpentine receptor, และ G protein-linked receptors (GPLR), 
เป็นกลุ่ม (family) โปรตีนหน่วยรับ (receptor) กลุ่มใหญ่ ที่ตรวจจับโมเลกุลนอกเซลล์ แล้วจุดชนวนวิถีการถ่ายโอนสัญญาณ (signal transduction) ภายในเซลล์ ซึ่งในที่สุดมีผลเป็นการตอบสนองของเซลล์
เป็นหน่วยรับที่จับคู่กับจีโปรตีน (G protein) ที่เรียกว่า seven-transmembrane receptor เพราะมีโครงสร้างที่ข้ามผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ถึง 7 ครั้ง

GPCRs จะพบแต่ในยูแคริโอตรวมทั้งยีสต์, choanoflagellate,
และสัตว์
ลิแกนด์ที่จับและเริ่มการทำงานของหน่วยรับเช่นนี้รวมทั้งสารประกอบไวแสง กลิ่น ฟีโรโมน ฮอร์โมน และสารสื่อประสาท โดยมีขนาดต่าง ๆ เริ่มตั้งแต่โมเลกุลเล็ก ๆ จนถึงเพปไทด์และโปรตีนขนาดใหญ่
GPCRs มีบทบาทในโรคหลายอย่าง และเป็นเป้าหมายการออกฤทธิ์ของยาปัจจุบันประมาณ 34%

มีวิถีการถ่ายโอนสัญญาณสองอย่างเกี่ยวกับ GPCRs คือ 
 cyclic adenosine monophosphate (cAMP) signal pathway
 phosphatidylinositol signal pathway

เมื่อลิแกนด์จับกับ GPCR ก็จะทำให้หน่วยรับเปลี่ยนโครงรูปแบบ conformational change ซึ่งทำให้มีฤทธิ์เป็น guanine nucleotide exchange factor (GEF)
แล้วสามารถเริ่มการทำงานของจีโปรตีน โดยแลกเปลี่ยน guanosine diphosphate (GDP) ที่ยึดกับจีโปรตีนกับ guanosine triphosphate (GTP) 
หน่วยย่อยแอลฟา (α subunit) ของจีโปรตีนบวกกับ GTP ที่ได้มาใหม่ ก็จะสามารถแยกตัวออกจากหน่วยย่อยบีตาและแกมมาแล้วออกฤทธิ์ต่อโปรตีนส่งสัญญาณภายในเซลล์อื่น ๆ หรือออกฤทธิ์โดยตรงต่อโปรตีนทำหน้าที่ (functional protein) ขึ้นอยู่กับชนิดของหน่วยย่อยแอลฟา (Gαs, Gαi/o, Gαq/11, Gα12/13)

ประวัติและความสำคัญ 
รางวัลโนเบลสาขาเคมีปี 2012 ได้ให้กับงาน (ของ Brian Kobilka และ Robert Lefkowitz) ที่ "สำคัญต่อการเข้าใจว่า หน่วยรับที่จับคู่กับจีโปรตีนทำงานอย่างไร"
มีรางวัลโนเบลอย่างน้อย 7 รางวัลอื่น ๆ ที่ให้เกี่ยวกับการส่งสัญญาณที่อำนวยโดยจีโปรตีน
โดยปี 2012 ยาที่ขายดีที่สุดในโลก 2 ชนิดจาก 10 ชนิดแรก คือ Fluticasone/salmeterol และ Abilify ออกฤทธิ์ที่หน่วยรับซึ่งจับคู่กับจีโปรตีน

หมวดหมู่ 

ขนาดหมู่ใหญ่ (superfamily) ของ GPCR ยังไม่ชัดเจน แต่การวิเคราะห์ลำดับจีโนมในมนุษย์พยากรณ์ว่า ยีนมนุษย์เกือบ 800 ยีน (หรือประมาณ 4% ของจีโนมที่เข้ารหัสโปรตีน) เข้ารหัส GPCR
แม้จะมีการจัดหมวดหมู่ที่เสนอมากมาย แต่โดยคลาสสิกแล้ว หมู่ใหญ่จะแบ่งออกเป็น 3 ชั้น (class) คือ A, B และ C โดยไม่มีต้นกำเนิดของลำดับ (sequence homology) ร่วมกันในระหว่างชั้น

ชั้นใหญ่สุดก็คือชั้น A ซึ่งรวมยีน GPCR เกือบ 85%
ในชั้นนี้ เกินครึ่งพยากรณ์ว่า เข้ารหัสหน่วยรับกลิ่น ในขณะที่เหลือจะจับกับลิแกนด์ซึ่งเป็นสารประกอบภายในร่างกายที่รู้จัก หรือจะจัดเป็นหน่วยรับกำพร้า (orphan receptor คือยังไม่รู้ว่ามีลิแกนด์เป็นอะไร)
แม้ชั้นต่าง ๆ จะไม่มีต้นกำเนิดของลำดับร่วมกัน แต่ GPCR ทั้งหมดก็มีโครงสร้างและกลไกถ่ายโอนสัญญาณที่เหมือนกัน
ชั้นนี้ยังแบ่งออกเป็นชั้นย่อยอีก 19 กลุ่ม คือ A1-A19

งานปี 2006 ได้เสนอระบบการจัดหมวดหมู่ทางเลือกที่เรียกว่า GRAFS (Glutamate, Rhodopsin, Adhesion, Frizzled/Taste2, Secretin)

ส่วนตามระบบจัดหมู่เป็น A-F แบบคลาสสิก GPCR สามารถจัดเป็น 6 ชั้น อาศัยต้นกำเนิดลำดับและความคล้ายคลึงกันในการทำงาน
 Class A (หรือ 1) (Rhodopsin-like)
 Class B (หรือ 2) (Secretin receptor family)
 Class C (หรือ 3) (Metabotropic glutamate/pheromone)
 Class D (หรือ 4) (Fungal mating pheromone receptors)
 Class E (หรือ 5) (Cyclic AMP receptors)
 Class F (หรือ 6) (Frizzled/Smoothened)

งานศึกษาอาศัยลำดับดีเอ็นเอต้น ๆ แสดงว่า จีโนมมนุษย์เข้ารหัส GPCR 750 ชนิดอย่างคร่าว ๆ
ประมาณ 350 ชนิดตรวจจับฮอร์โมน, growth factors, และลิแกนด์ที่เกิดในร่างกายอื่น ๆ
ประมาณ 150 ชนิดมีหน้าที่ยังไม่ชัดเจน

มีวิธีการต่าง ๆ
ที่ใช้พยากรณ์หมวดหมู่ของ GPCR ตามลำดับกรดอะมิโนของพวกมันอย่างเดียว อาศัยแนวคิด pseudo amino acid composition

บทบาททางสรีรภาพ 
GPCR มีบทบาทในกระบวนการทางสรีรภาพต่าง ๆ
เช่น 
 การเห็น - โปรตีนไวแสง opsin จะเปลี่ยนไอโซเมอร์เมื่อรับแสง เพื่อแปลรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าให้เป็นสัญญาณในเซลล์ เช่น Rhodopsin จะเปลี่ยนจาก 11-cis-retinal เป็น all-trans-retinal เนื่องกับกระบวนการนี้
 การรู้รส - GPCR ในเซลล์รับรส จะเริ่มการทำงานของจีโปรตีน คือ gustducin เพื่อตอบสนองต่อรสหวาน ขม และอุมะมิ
 การได้กลิ่น - หน่วยรับของเยื่อบุผิวรับกลิ่นคือ หน่วยรับกลิ่นจะจับกับโมเลกุลมีกลิ่น ในขณะที่ vomeronasal receptor จะจับกับฟีโรโมน
 การควบคุมพฤติกรรมและอารมณ์ - หน่วยรับในสมองสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมสามารถจับกับสารสื่อประสาทต่าง ๆ รวมทั้งเซโรโทนิน โดพามีน GABA (Gamma-aminobutyric acid) และกลูตาเมต
 การควบคุมการทำงานของระบบภูมิคุ้มกันและกระบวนการอักเสบ - หน่วยรับ Chemokine receptor จะจับกับลิแกนด์ที่อำนวยการสื่อสารระหว่างเซลล์ต่าง ๆ ของระบบภูมิคุ้มกัน หน่วยรับ เช่น หน่วยรับฮิสตามีน จะจับกับตัวอำนวยการอักเสบ (inflammatory mediator) และเริ่มการทำงานของเซลล์เป้าหมายชนิดต่าง ๆ ในการตอบสนองเป็นการอักเสบ GPCR ยังมีบทบาทในการปรับระบบภูมิคุ้มกัน และมีบทบาทโดยตรงในการยับยั้งการตอบสนองจากเซลล์ที (T cell) ที่ชักนำโดย TLR
 การสื่อประสาทในระบบประสาทอิสระทั้งระบบประสาทซิมพาเทติกและระบบประสาทพาราซิมพาเทติก จะควบคุมโดยวิถีการส่งสัญญาณผ่าน GPCR ซึ่งมีบทบาทควบคุมระบบอัตโนมัติต่าง ๆ ในร่างกาย เช่น ความดันโลหิต อัตราการเต้นหัวใจ และการย่อยอาหาร
 การรับรู้ความหนาแน่นของเซลล์ 
 การปรับภาวะธำรงดุล (เช่นความสมดุลของน้ำ).
 บทบาทในการเติบโตและแพร่กระจายของเนื้องอกบางอย่าง

ดูเพิ่ม 
 หน่วยรับความรู้สึก

เชิงอรรถและอ้างอิง

แหล่งข้อมูลอื่น 

 
 
 
 
GPCR Cell Line
 
 ; 
 
 

หน่วยรับที่จับคู่กับจีโปรตีน
ชีววิทยา
ชีววิทยาเยื่อ
หมู่โปรตีน
การถ่ายโอนสัญญาณ
Integral membrane proteins
จุลชีววิทยา
เคมีชีวภาพ