グアニンヌクレオチド交換因子
GTP結合タンパク質からのGDPの解離は、きわめてゆっくりとしたものである。GEFの結合によって基質のSmall GTPaseからのGDPの解離が触媒され、その位置にGTP分子が結合する。GEFはGDP解離の促進のために機能し、細胞質のGTP:GDP比は10:1とGTPの方がはるかに高いために、Small GTPaseからGDPが解離した後、一般的にその位置に結合するのはGTPである。Small GTPaseへのGTPの結合によってGEFが解離し、GTPアーゼが活性化される。このようにGEFは、Small GTPaseとGDPとの相互作用を不安定化するとともに、GTP分子が結合するまで、ヌクレオチドが結合していない状態のGTPアーゼを安定化する。GAPは反対に、Small GTPaseのGTP加水分解速度を増加させることによってSmall GTPaseを不活性化する。GDPは、GEFによって解離が促進されるまで、不活性状態のSmall GTPaseに結合したままである。
GEFの局在によって、特定のSmall GTPaseが細胞内のどの場所で活性化されるかを決定することができる。例えば、RanのGEFであるRCC1(英語版)は核に、一方RanGAPは細胞質に存在し、タンパク質の核内・核外輸送を調節している。RCC1は核内で、タンパク質の核外輸送のためにRan-GDPをRan-GTPに変換し活性化する。細胞質に移行し、RanGAPによってRan-GTPがRan-GDPに変換されると、積み荷タンパク質(protein cargo)は降ろされる。
グアニンヌクレオチド交換因子(GEF)は、GTP結合タンパク質の活性化に関与するタンパク質やタンパク質ドメインである。GTP結合タンパク質は細胞内シグナル伝達経路において分子スイッチとして機能し、多くの下流のターゲットを持っている。GTP結合タンパク質は大きく2種類ある。三量体GTP結合タンパク質と低分子量Gタンパク質である。三量体GTP結合タンパク質はα、β、γの3量体を形成し、細胞膜において共役するGPCRによって活性化される。一方、低分子量Gタンパク質は単量体で働き、Small GTPaseともいわれる。GEFが活性化するGTP結合タンパク質は、このタイプのGTP結合タンパク質である。Small GTPaseは、その機能によってさらに5つのファミリー(Ras、Rho、Rab、Arf/Ser1、Ran)に分類される。最もよく知られているSmall GTPaseはRasスーパーファミリーであり、細胞の分化、増殖といった必須の細胞プロセスに関与している。それに対し、Rhoは、細胞骨格の再編成を介した細胞形態制御、RabファミリーとRanファミリーは核輸送、Arf/Ser1ファミリーは、細胞内小胞輸送に関与する。GTP結合タンパク質はGTPを結合しているとき活性化状態、GDPを結合しているとき不活性状態であり、その活性はGEFとGTPアーゼ活性化タンパク質(GTPase activating protein, GAP) によって制御される。GFFは、これらのRas、Rho、Rab、Arf/Ser1、Ranファミリーに属するいずれかの蛋白質に結合するGDPをGTPに交換する活性を有する。