Gタンパク質共役受容体
代謝型グルタミン酸受容体
アドレナリンβ2受容体の構造(カラゾロールとの複合体)
アデノシンA2A受容体の構造
ドーパミンD3受容体の構造(エチクロプリドとの複合体)
ケモカイン受容体の1種であるCXCR4の構造(IT1tとの複合体)
1986年、網膜に存在する光受容体ロドプシンと、心臓に存在するβ2アドレナリン受容体(β2AR)が発見された。この2つの分子は、限局している領域も機序も異なるタンパク質ではあったが、「膜を7回貫通している」という構造的な共通点が存在した。最初のGタンパク質共役受容体の結晶構造が2000年にウシの網膜から精製したロドプシンで決定され。それまで同じ7回膜貫通タンパク質であるバクテリオロドプシンの光駆動水素イオンポンプ構造モデルより、複雑な折れ曲りをもち、さらに7回貫通ヘリックスの後に短い8番目のヘリックスがあるGタンパク質共役受容体に共通の構造が明らかになった。
そして、2007年にブライアン・コビルカとReymond Stevesたちにより、医薬品標的として初めて、昆虫細胞で発現したβ2-アドレナリン受容体T4リゾチームキメラタンパク質の結晶構造が決定され、2011年の極めて精緻な結晶化技術を駆使して、活性化状態のβ2-アドレナリン受容体とG-タンパク質三量体の結晶構造がコビルカたちのグループによって決定され、コビルカのボスでGタンパク質共役受容体の機能解析の専門家であるロバート・レフコウィッツとともに翌年のノーベル化学賞を受賞した。現在までにロドプシン・ファミリーであるクラスAはもちろんクラスB、クラスC、クラスFの立体構造がすでに解かれている。
2018年に発表された医薬産業政策研究所の調査によると、GPCR標的の新薬開発品目数は、開発薬全体の20%(253/1265)を占め、主要な標的分子群のひとつとなっている。
Gタンパク質共役受容体はN末端が細胞外に、C末端が細胞内にあり、疎水性のαヘリックスからなる膜貫通(TM)ドメインが7カ所ある。細胞膜の脂質二重層の部分を7回の膜貫通している。
一方、Gタンパク質共役受容体と共役しているGタンパク質はα(約40 kDa)、β(約35 kDa)、γ(約7〜8 kDa)の3つのサブユニットから構成されている。生理的環境においては、β及びγは互いに固く結合しており、Gβγ複合体と呼ばれる。一方、GαにはGTP/GDP結合部位が存在しており、ここにGDPが結合しているとき、Gタンパク質は不活性型として三量体構造Gαβγを取って、Gタンパク質共役受容体と結合している。2011年になってβ2アドレナリン受容体とGタンパク質の複合体の立体構造が解かれた。