Họ thụ thể bắt cặp với protein g và ứng dụng trong nghiên cứu phát triển thuốc mới

BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI






TRỊNH HOÀNG CƯỜNG


HỌ THỤ THỂ BẮT CẶP VỚI PROTEIN
G VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN
CỨU PHÁT TRIỂN THUỐC MỚI


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SỸ



HÀ NỘI – 2013




BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

TRỊNH HOÀNG CƯỜNG
HỌ THỤ THỂ BẮT CẶP VỚI PROTEIN
G VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN
CỨU PHÁT TRIỂN THUỐC MỚI

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SỸ

Người hướng dẫn:
1. PGS.TSKH. Lê Thành Phước
2. Ths. Lê Đình Quang
Nơi thực hiện:
Bộ môn Hóa Đại cương – Vô cơ
HÀ NỘI – 2013
Page 0

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này,
tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh
chị, và các bạn. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ lới
cảm ơn chân thành tới:
Ban giám hiệu, Phòng đào tạo, Bộ môn Hóa Đại cương – Vô cơ trường
ĐH Dược Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình
học tập và hoàn thành khóa luận.
Phó giáo sư- Tiến sĩ khoa học Lê Thành Phước, người thầy kính mến
đã hết lòng giúp đỡ, dạy bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi
trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp.
Thạc sĩ Lê Đình Quang, người thầy đáng kính trong công việc cũng

như trong cuộc sống. Thầy đã động viện giúp đỡ và chỉ bảo cho tôi rất nhiều
để tôi có thể hoàn thành được khóa luận này.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong hội đồng chấm khóa luận đã
cho tôi những đóng góp quý báu để hoàn chỉnh khóa luận này.
Do thời gian có hạn nên khóa luận của em không thể tránh khỏi những
thiếu sót. Em rất mong có được sự góp ý quý báu và sự giúp đỡ của các thầy
cô và các bạn sinh viên.
Sinh viên

Trịnh Hoàng Cường

Page 1

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 0
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 3
DANH MỤC HÌNH 6
ĐẶT VẤN ĐỀ 8
Phần 1: Họ thụ thể bắt cặp với protein G 9
và các quá trình truyền tín hiệu trong tế bào 9
1.Protein G 9
1.1.Sự phát hiện ra protein G. 9
1.2.Cấu trúc của G-protein 11
1.3. Vai trò của protein G 13
2. Họ thụ thể bắt cặp với protein G ( GPCRs). 14
2.1. Tổng quan 14
2.2.Phân loại 18
2.3.Vai trò sinh lý. 20
2.4. Cấu trúc GPCR . 21

2.5. Tương quan giữa cấu trúc và chức năng. 24
3. Mô hình phức hệ ba thành phần. 27
3.1. Các phối tử. 28
3.2. Sự thay đổi trạng thái của GPCR 30
3.3. Trình tự các sự kiện xảy ra khi hormone kích hoạt tín hiệu cAMP: 33
3.4. Sự ngắt tín hiệu (turn off of the signal) và sự khuếch đại tín hiệu (signal
amplification) : 33
3.5 Sự xáo trộn của chu trình G-Protein 36
Page 2

3.6. Sự điều hòa tín hiệu G-protein 38
4.Chi tiết 2 con đường truyền tín hiệu AMPc và PIP2 41
4.1. Con đường truyền tín hiệu AMPc 42
 Lộ trình tín hiệu của AMPc 42
 Sự hình thành AMPc 44
 Adenylyl cycase ( AC) 45
 Các chất tác hiệu thông qua AMPc 46
 Protein kinase A (PKA) 47
 Sự phân giải AMPc 50
4.2. Lộ trình tín hiệu Phosphoinositide 50
 DAG 51
 IP
3
52
Phần 3: Định hướng nghiên cứu thuốc mới 53
1. Ứng dụng trong sản xuất thuốc mới. 53
2. Trong điều trị ung thư 56
3. Trong điều trị bệnh tim 59
4. Trong điều trị bệnh do virut 60
5. Định hướng nghiên cứu ứng dụng thuốc tác động vào protein G. 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO





Page 3

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
CHỮ VIẾT TẮT CHỮ ĐẦY ĐỦ
GPCR Thụ thể bắt cặp với protein G
GPCRs Họ thụ thể bắt cặp với protein G
βAR Thụ thể beta adrenergic
mGluRs Thụ thể glutamate Metabotropic
Ser Serine
Thr Threonin
β-arr β-arrestins
GEF Yếu tố trao đổi guanine nucleotide
7TM 7-transmembrane receptors
SM Phân tử tín hiệu
PKC Phospho kinase C
PI3 Phosphatidyl inositol triphosphate
PLC Phospholipase C
AC Adenylate cyclase
KLPT Khối lượng phân tử
PKA Protein kinase A
Gsα Protein G kích hoạt
Page 4

Giα protein G bất hoạt

NEM N-ethyl-maleimide
PTx Độc tố của vi khuẩn Ho gà
CTx Độc tố dịch tả
GAPs Protein kích hoạt GTPase
RGS Regulators of G protein signaling
EPACs Exchange proteins activated by AMPc
CGCS Cyclic nucleotide gated channels
Cross-talk Sự chồng lấp
Upstream Ngược dòng
Downstream Xuôi dòng
AKAPs A-kinase – anchoring protein
CREB Respone element – binding protein
GMPc PDE GMPc phosphodiesterase
PLN Phospholamban
SERCA sarco/endo-plasmic reticulum Ca
2+
- ATPase
MC4Rs Thụ thể melanocortin 4
ABC ATP – binding cassette
DAG 1, 2 diacyl glycerol
Page 5

IP3 Inositol 1, 4, 5 triphosphat
CAM Calmodulin

Page 6

DANH MỤC HÌNH
Tên hình Số trang
Hình 1: Sự hoạt hóa protein G bởi GPCR ( bị kích hoạt bằng
cách liên kết với phối tử)
9
Hình 2: Mô tả cấu trúc G-protein
11
Hình 3: Minh họa rút gọn quá trình hoạt động của G-protein
12
Hình 4: Cấu trúc của thụ thể liên kết với protein G 16
Hình 5 : Phân loại GPCRs 19
Hình 6: Cấu trúc βAR (GPCR) 23
Hình 7: Chi tiết cấu tạo chung của GPCR ở 2 phía so với
màng tế bào
24
Hình 8: Sự phosphoryl hóa GPCR 26
Hình 9: Mô hình phức hệ ba thành phần 27

Hình 10: Mô hình mô tả sự biến đổi trạng thái cân bằng cấu
dạng conformational của GPCR.
32
Hình 11: Mô tả sự ADP-ribosyl hóa 35
Hình 12: Minh họa một số cấu trúc 37
Hình 13: Minh họa một số vai trò của RGS protein 39
Hình 14: Mô phỏng sơ khai hoạt động thông qua AMPc. 42
Hình 15: AC từ 1 đến 9 được phân bố rộng rãi 44

44
Page 7

Hình 16: Cấu trúc domain của AC 45
Hình 17: Tổ chức và chức năng của lộ trình tín hiệu AMPc

46
Hình 18: Sơ lược sự hoạt hóa PKA 48
Hình 19: mô phỏng sơ khai hoạt động của 1, 4, 5-triphosphate
và DAG
50
Hình 20: Tác dụng của các loại protein G 58
Hình 21: Vai trò của GPCR với điều hòa Ca 59
Hình 22: Cấu trúc tinh thể của receptor Beta- adrenergic
(βAR) ở trạng thái hoạt động .
82

Page 8

ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong cơ thể con người có hàng chục ngàn tỷ tế bào tương tác với
nhau. Hầu hết trong số chúng được phát triển để đảm nhận các vai trò, chức
năng khác nhau. Để thực hiện tốt vai trò của mình, điều quan trọng nhất là các
tế bào làm việc cùng một lúc, phối hợp hài hòa với nhau, chúng có thể cảm
nhận môi trường và biết những gì đang xảy ra xung quanh chúng.
Yếu tố giúp các tế bào có thể làm được việc này đó chính là các thụ thể
ở trên bề mặt tế bào. Robert J. Lefkowitz và Brian K. Kobilka được trao giải
thưởng Giải Nobel Hóa học 2012 vì đã giải thích được một họ các thụ thể liên
kết với Protein G (GPCRs) hoạt động như thế nào. Trong họ thụ thể này, có
các thụ thể đáp ứng với adrenalin (còn được gọi là epinephrine), dopamine,
serotonin, ánh sáng, hương vị và mùi vị. Phần lớn các quá trình sinh lý trong
cơ thể phụ thuộc vào hoạt động của GPCRs. Khoảng một nửa các loại thuốc
hiện nay hoạt động thông qua các thụ thể này, trong đó có thuốc chẹn beta,
thuốc kháng histamin và các loại thuốc tâm thần. Kiến thức về GPCRs giúp
đem lại lợi ích lớn cho nhân loại. Tuy nhiên, các thụ thể hoạt động ra sao, cấu
tạo của chúng như thế nào đã là 1 bí ẩn với các nhà khoa học suốt một thời
gian dài trước khi các công trình của Robert J. Lefkowitz và Brian K. Kobilka
được công bố.
Vì vậy, kiến thức về GPCRs là hết sức quan trọng giúp chúng ta vận
dụng cho các công trình nghiên cứu sản xuất thuốc mới: các thuốc trị bệnh
tim, Parkinson và chứng đau nửa đầu . Luận văn tốt nghiệp của tôi thực hiện
với hai mục tiêu sau đây:

1. Tổng quan kiến thức về GPCRs: cấu tạo, vai trò, cách thức hoạt động.
2. Ứng dụng trong nghiên cứu phát triển thuốc mới.
Page 9

Phần 1: Họ thụ thể bắt cặp với protein G
và các quá trình truyền tín hiệu trong tế bào

Protein G


Hình 1: Sự hoạt hóa protein G bởi GPCR ( bị kích hoạt bằng cách liên kết
với phối tử)
1.1.Sự phát hiện ra protein G.

G- protein được phát hiện nhờ vào thí nghiệm của Martin Rodbell năm 1971
về sự kích hoạt cAMP bởi glucagon. Nhờ thí nghiệm này Martin Rodbell đã
Page 10

phát hiện ra sự hiện diện của GTP là rất quan trọng trong phản ứng này. Ông
gọi đây là protein điều hòa guanine nucleotide, sau này đổi tên là N-protein,
hoạt động như bộ chuyển đổi trung gian giữa discriminator (receptor) and
amplifier (effector; i.e., adenylate cyclase).

Sau đó, ông thấy rằng adenylatecyclase đã được kích hoạt mạnh mẽ và không
thể đảo ngược bởi một analog GTP,5'-guanylylimidophosphate, hoặc[GPP
(NH)-p]’. Vì GPP (NH)-p có khả năng chống thủy phân nên Rodbell cho rằng
GTP là"chất thủy phân tại vùng tác hoạt", có nghĩa là, bộ chuyển đổi giống
như GTPase. Điều này sau đó đã được thể hiện rõ hơn bởi Cassell và Selinger
vào năm 1976. Sự có mặt của protein bám GTP riêng lẽ, khác biệt với các
enzyme adenylate cyclase, được xác định bởi Alfred Gilman và đồng nghiệp

người đã tái thiết lại GPP (NH)-p-, 1 chất kích thích hoạt động adenylate
cyclase trong màng từ dòng đột biến tế bào ung thư hạch (cyc-) - có adenylate
cyclase nhưng thiếu G-protein bằng cách bổ sung thêm yếu tố 40kDa GTP
bám riêng biệt.

Năm 1980, Howlett và Gilman cho rằng sự kích hoạt lâu dài của G-protein
kích hoạt cyclase làm giảm lượng phân tử protein, nhấn mạnh rằng G-protein
được tạo thành bởi những tiểu đơn vị có thể li giải được. Cấu trúc tam thể (3
thành phần) của G-protein được phát hiện bởi Stryer và cộng sự. Họ đã chứng
tỏ được rằng sự kích hoạt Gt bởi Gpp(NH)-p và ánh sáng dẫn đến sự phân ly
của phức hợp trimeric αβγ, tạo nên Gpp(NH)-p bám αt và βγ (αt có vai trò
kích hoạt sự khử phosphoryl hóa). Năm 1985, α-transducin được tạo thành
bởi 4 nhóm với các trưởng nhóm là Numa, Boume, Khorana, và Simon; Năm
1986, cấu trúc của tiểu đơn vị α được xác định đầy đủ bởi nhóm của Gilman.
Rodbell và Gilman được trao giải Nobel vào năm 1994. [1]
Page 11


1.2.Cấu trúc của G-protein.

G-protein được gồm 3 thành phần: tiểu đơn vị α có KLPT ~39–45 kDa, tiểu
đơn vị β có KLPT ~37 kDa và tiểu đơn vị γ có KLPT ~8 kDa . Có khoảng 20
gen mã hóa nhiều loại tiểu đơn vị α, 6 gen đối với tiểu đơn vị β và 12 gen cho
tiểu đơn vị γ. Ở trạng thái trimer hóa, G-protein bám vào mặt trong của màng
tế bào thông qua đuôi kị nước của tiểu đơn vị α và γ (myristoyl và palmitoyl
trên α, farnesyl hoặc geranylgeranyl trên γ). Tiểu đơn vị β và γ được nối lại
với nhau bởi liên kết giữ lõi với lõi để tạo nên βγ-dimer; tiểu đơn vị β của βγ-
dimer này sẽ bám vào tiểu đơn vị α bằng theo kiểu bổ sung ở vùng liên kết
peptide trên 2 protein và sự tương tác với đuôi kị nước. Khi G-protein được
kích hoạt, liên kết giữa tiểu đơn vị α và β bị đứt, trimer bị phân ly thành tiều

đơn vị monomeric α và tiểu đơn vị dimeri βγ. Tiểu đơn vị α và βγ đều bám
vào màng tế bào nhưng cũng dễ dàng tách khỏi màng khi cần.[59]

Hình 2: Mô tả cấu trúc G-protein

Page 12

Tiểu đơn vị α có 2 vùng chức năng quan trọng khác ngoài vùng để nối kết với
tiểu đơn vị β. Một là, tiểu đơn vị α tác động với thụ thể ở vị trí 5 amino acid
cuối của đầu C tận. Hai là nó mang vùng gắn kết với guanine nucleotide để
thực hiện chức năng GTPase của G-protein. Mặc khác, cả 2 tiểu đơn vị α và
βγ đều có thể tác động đến bề mặt tác động của G-protein.

Tiểu đơn vị α và γ có liên kết cộng hóa trị với neo lipid , do vậy bám dính và
cố định G-protein vào mặt trong màng tế bào. Sau khi tách ra khỏi protein G,
tiểu đơn vị α sẽ hoạt hóa enzym Adenylate cyclase (AC)
Adenylate cyclase (AC) là một protein xuyên màng, vùng hướng về phía bào
tương được gọi là vùng thủy phân (catalytic site). Enzym AC sẽ giúp chuyển
ATP thành AMPc


Hình 3: Minh họa rút gọn quá trình hoạt động của G-protein.

Page 13

1.3. Vai trò của protein G [1] [2]
 Protein G trong 1 số quá trình sinh lý.
Sau này, người ta tìm ra nhiều loại protein khác nhau, mỗi loại được hoạt hóa
bởi 1 receptor riêng và nó kích hoạt hệ thống khuếch đại riêng. Dẫn đến
những thay đổi khác nhau trong tế bào. Ví dụ như trong võng mạc mắt,

protein G chuyển đổi tín hiệu ánh sáng để kích hoạt lên những sợi dây thần
kinh mà truyền đạt kích thích thị giác lên não . Nhận biết về mùi cũng phụ
thuộc vào protein G trong các tế bào olfactory ( tế bào khứu giác) . Và cảm
giác hương vị còn liên quan đến những protein G khác .
Một số protein G kích thích hoặc ức chế sự hình thành của AMPc, vì thế có
sự chuyển hóa trong tế bào. Protein G làm thay đổi lưu lượng các ion qua
màng tế bào và thay đổi hoạt động tế bào. Protein G còn ảnh hưởng đến quá
trình phosphor hóa protein do đó kiểm soát quá trình phân chia và những quá
trình khác của tế bào.
 Protein G và bệnh lý.
Nhiều triệu chứng của bệnh được giải thích là do sự thay đổi chức năng của
Protein G. Ví dụ bệnh tả , một bệnh truyền nhiễm đáng lo ngại nhất của
đường tiêu hóa. Bệnh là do vi khuẩn sản xuất 1 độc tố rất độc . Các độc tố
đóng vai trò như 1 loại enzym làm thay đổi 1 trong những protein G luôn ở
trạng thái hoạt động. Điều này ngăn cản sự hấp thu nước và muối ở ruột một
cách bình thường. Kết quả sự mất nước và muối có thể dẫn đến tử vong.
Nhiễm khuẩn E.coli cũng có triệu chứng tương tự.
Trong trường hợp bị nhiễm khuẩn ho gà thì độc tố lại ngăn cản sự hoạt động
của protein G. Do đó hàng rào miễn dịch bị tổn thương.
Page 14

Trong một số bệnh phổ biến, số lượng protein G trong tế bào thay đổi. Có thể
có quá nhiều hoặc quá ít . Như trong bệnh tiểu đường và nghiện rượu có một
số triệu chứng là do thay đổi tín hiệu của protein G.
Người ta thấy rằng biểu hiện suy giảm protein G có thể làm ảnh hưởng tới sự
phát triển và rối loạn chuyển hóa. Ở những người đột biến và hoạt tính quá
mức của protein G có thể là nguyên nhân của một số khối u. Tăng hoạt động
của protein G còn được tìm thấy trong rối loạn nội tiết di truyền nhưng hiếm
gặp như hội chững Mc-cune Albright ( da có các đốm màu cà phê sữa và biến
dạng xương) . Trong trường hợp này, một sự đột biến của protein G dẫn đến

chuyển hóa calci bị gián đoạn , dẫn đến biến dạng xương.
Gần đây người ta khám phá ra các protein G nhỏ chỉ có một đơn vị. Chúng
có cấu trúc gần giống các sản phẩm của tiền oncogen là những protein chức
năng của tế bào như: tham gia vào các quá trình sinh trưởng , phát triển, tình
trạng bộ xương tế bào, vận chuyển bên trong tế bào, hoạt động thực bào, bài
tiết,… Ví dụ như các protein G nhỏ thuộc họ ras kiểm soát sự phát triển tế
bào, điều hòa quá trình oxy hóa thực bào trong bạch cầu. Sự đột biến protein
G khiến chúng có thể trở thành siêu hoạt động và do có vai trò chức năng
trong quá trình sinh trưởng của tế bào như trên do đó có khả năng gây ung
thư.
Họ thụ thể bắt cặp với protein G ( GPCRs).
2.1. Tổng quan.
 Tại sao cần có thụ thể GPCR trên màng tế bào ?
Mỗi tế bào người đều được bao bọc bởi một lớp màng tế bào. Đó là một lớp
phospholipid kép. Lớp màng này cho phép tế bào duy trì một hỗn hợp nhất
định các chất có vai trò hóa sinh, đồng thời ngăn ngừa các hóa chất không
Page 15

mong muốn ở bên ngoài môi trường có thể xâm nhập tế bào. Để có thể thực
hiện đầy đủ chức năng của mình, các bộ máy sinh hóa bên trong tế bào cần 1
cơ chế cho phép nó có thể nhận được các thông điệp về môi trường bên ngoài
tế bào.
Các thay đổi về lượng hormone bên ngoài tế bào có thể điều khiển những hoạt
động của enzyme nội bào. Các phân tử có mùi thơm tác động vào các tế bào
thuộc lớp biểu mô khứu giác. Ngoài ra các chất có trong thức ăn có thể ảnh
hưởng đến hoạt động hóa sinh diễn ra bên trong tế bào chồi vị giác sau đó lan
truyền dưới dạng các tín hiệu điện tử đến não bộ.
Thực tế, các tế bào người đều thường xuyên giao tiếp với nhau và với môi
trường xung quanh. Để làm được điều này, tế bào cần 1 hệ thống các phân tử
và 1 cơ chế truyền thông tin hiệu quả đi qua màng tế bào. Ngoài ra, trong cơ

thể quá trình truyền tín hiệu có thể phải diễn ra với 1 khoảng cách khá xa. Do
đó, để có thể phản ứng đúng lúc, não bộ cần nhận thông tin rất nhanh từ các
giác quan, như thị giác, khứu giác, vị giác .v.v. Thêm một lần nữa, điều này
cũng cần một cơ chế truyền thông tin đi qua màng tế bào. GPCRs đóng góp
vai trò quan trọng trong hệ thống truyền thông tin tế bào.
 Các vấn đề chính của GPCR
Các GPCR truyền đến tế bào một luồng thông tin đề cập đến các điều kiện ở
bên ngoài. Cơ chế ở mức độ phân tử của quá trình này diễn ra như thế nào?
Có những phân tử nào tham gia và bằng cách nào chúng truyền được tín hiệu?
Làm thế nào để chúng phân biệt được các loại tín hiệu khác nhau? Bằng cách
nào các tín hiệu được điều khiển? Đó là những câu hỏi quan trọng trong lĩnh
vực này ở các thập niên trước. Để có thể trả lời, các nhà khoa học đã phải xác
định những thành phần phân tử tham gia quá trình truyền tin và theo dõi các
Page 16

hoạt động của các phân tử này thông qua các nghiên cứu hóa sinh, sinh lý và
cấu trúc.
 Thụ thể liên kết G protein .
Thụ thể liên kết G protein (GPCRs) đóng vai trò quan trọng trong hệ thống
truyền tin tế bào. Đó là các protein nằm trên màng tế bào. Tên gọi thụ thể liên
kết G protein là để nói đến cơ chế truyền tín hiệu phổ biến nhất thông qua thụ
thể đó là các protein có thể liên kết với GTP ở bên trong tế bào. Bởi vì các
chuỗi peptide của GPCR thường gấp khúc 7 lần qua màng tế bào nên trong
nhiều trường hợp GPCR cũng được gọi là thụ thể 7 vùng xuyên màng (7-
transmembrane receptors, 7TM). ( hình 4)

Hình 4: Cấu trúc của thụ thể liên kết với protein G
Tín hiệu (signal) truyền từ thụ thể trên (7-helix receptor) đến một protein nội
bào được gọi là G-protein, do vậy nhóm thụ thể này còn được gọi là G-
Page 17

Protein-Coupled Receptors (GPCR). Có khoảng 800 GPCR được tìm thấy ở
người. [59]

GPCR được nhị hợp (dimerize) hoặc oligomer hóa để tạo thành một phức hợp
nội màng. Ligand bám vào thụ thể sẽ truyền tin đi vào cấu trúc này và sinh ra
các tác động tương ứng đặc trưng cho từng loại thụ thể.
Có nhiều loại GPCR-interacting proteins (GIPs) điều hòa chức năng của thụ
thể. Những tác động này bao gồm:
- Thay đổi ái lực của ligand.
- Điều hòa sự nhị hợp hay oligomer hóa của thụ thể.
- Định vị vị trí của thụ thể, bao gồm cả việc vận chuyển hay loại
bỏ chúng từ màng tế bào.
- Kiểm soát sự tương giao của các protein thông tin khác.
Thụ thể bắt cặp protein G chỉ được tìm thấy trong các sinh vật nhân chuẩn,
bao gồm cả nấm men, trùng đuôi roi dạng phễu (choanoflagella), [23]
và động vật. Các phối thể bám vào và kích hoạt thụ thể G bao gồm các hợp
chất nhạy cảm với ánh sáng, phân tử mùi hương, pheromone, kích hãm tố,
và chất dẫn truyền thần kinh; các phối thể này rất đa dạng về kích thước từ
những phân tử nhỏ cho đến các đoạn peptide hay các protein lớn. Thụ thể bắt
cặp protein G có liên quan tới nhiều bệnh tật trong cơ thể và cũng là mục tiêu
của khoảng 30 phần trăm số dược phẩm hiện nay. [24] [25]
Có hai quá trình dẫn truyền tín hiệu chủ yếu có sự góp mặt của thụ thể GCPR:
quá trình AMP vòng và quá trình phosphatidylinositol. [26] Khi một phối thể
bám vào GPCR, nó khiến cấu hình của GPCR thay đổi và điều này cho phép
GPCR hoạt động như một nhân tố trao đổi guanine nucleotide (guanine
nucleotide exchange factor - GEF). Tức là GPCR sẽ hoạt hóa một protein
Page 18

G đi kèm với nó bằng việc trao đổi GDP của nó cho một GTP. Tiểu đơn vị α

của protein cùng với GTP đó lúc này có thể tách rời khỏi các tiểu đơn vị β và
γ để tác động đến các protein dẫn truyền tín hiệu nội bào hay các protein chức
năng đích; cái này tùy thuộc vào tiểu đơn vị α thuộc vào loại gì
(G
αs
, G
αi/o
, G
αq/11
, G
α12/13
). [27]

2.2.Phân loại.
Số lượng chính xác của đại gia đình GPCR hiện nay vẫn chưa biết hết nhưng
có gần 800 gen người khác nhau (tương ứng với ≈ 4% của toàn bộ bộ gen mã
hóa protein) đã được phát hiện ra từ phân tích trình tự bộ gen là mã hóa cho
các GPCR . [28] Có nhiều hệ thống phân loại đã được đề xuất và hệ thống
phân loại cơ bản chia đại gia đình GPCR thành ba nhóm chính (A, B, và C) và
1 nhóm không thể phát hiện được sự tương đồng về trình tự acid amin giữa
các GPCR. Lớp chiếm số lượng lớn nhất cho đến nay là loại A, chiếm gần
85% các gen GPCR.Trong lớp A thì hơn một nửa trong số này mã hóa thụ
thể khứu giác trong khi các thụ thể còn lại sẽ kết hợp với các hợp chất nội
sinh đã được biết đến hoặc là không liên kết với phối tử nào. Tuy không có sự
tương đồng về trình tự sắp xếp acid amin giữa các lớp , nhưng tất cả các
GPCRs đều có chung một cấu trúc và cơ chế truyền tín hiệu.
Tất cả các GPCRs có thể được chia thành 6 lớp học dựa trên trình tự tương
đồng acid amin và có chức năng tương tự nhau: [29] [30] [31] [32]
Lớp A (hoặc 1) ( giống Rhodopsin)
Lớp B (hoặc 2) ( họ thụ thể secretin)

Lớp C (hoặc 3) (glutamate Metabotropic / pheromone)
Lớp D (hoặc 4) (thụ thể pheromone sinh sản ở nấm)
Page 19

Lớp E (hoặc 5) (thụ thể AMP vòng )
Lớp F (hoặc 6) (Frizzled, Smoothened)
Lớp A: thụ thể giống Rhodopsin là một lớp có số lượng thụ thể rất lớn. Lớp
này đã được chia nhỏ hơn nữa thành 19 nhóm (A1-A19). [33]
Gần đây, có một hệ thống phân loại khác được gọi là GRAFS ( glutamate,
Rhodopsin, Adhesion, Frizzled/Taste2, secretin) đã được đề xuất. [28]
Hệ gen của con người mã hóa hàng ngàn các thụ thể protein-coupled G, [32]
khoảng 350 trong số đó phát hiện hormone, yếu tố tăng trưởng, và phối tử nội
sinh khác. Khoảng 150 của GPCRs tìm thấy trong hệ gen của con người có
chức năng không rõ.
Một số tổ chức về thông tin sinh học , các nhà phát triển thuốc đã phân loại
các GPCRs theo trình tự các acid amin riêng lẻ của GPCRs. Ở đây họ sử dụng
phương pháp dùng các acid amin không tự nhiên. [33] [34] [35]






Hình 5 : Phân loại GPCRs
Page 20

Lớp A ( giống Rhodopsin), lớp B ( giống secretin), lớp C (giống thụ thể của
glutamate), khác ( Adhesion (33), Frizzled (11), taste type 2 (25), chưa được
phân lớp (23)) .
2.3.Vai trò sinh lý.

Các thụ thể liên kết với protein G tiếp nhận nhiều loại tín hiệu sinh lý ở bên
ngoài tế bào. Các tín hiệu có thể là sự thay đổi ở nồng độ peptide, hormone,
lipid, chất dẫn truyền thần kinh, ion, chất có mùi, chất có vị hoặc là các chùm
photons đến mắt. GPCR sau đó chuyển hóa các tín hiệu này vào bên trong tế
bào và kích hoạt một chuỗi các phản ứng tương ứng có sự tham gia của nhiều
protein, nucleotide hay ion kim loại, và cuối cùng dẫn đến một thông điệp hay
một phản ứng sinh lý tế bào thích ứng.
Có rất nhiều các quá trình sinh lý ở tế bào động vật có vú cần các thụ thể
7TM. Đồng thời chính những thụ thể này cũng là đích của một lượng lớn các
hóa chất dược phẩm. Trong bộ gene của người có khoảng 1000 gene mã hóa
các loại thụ thể 7TM khác nhau và chúng liên quan đến quá trình cảm ứng với
hàng loạt các kích thích đến từ môi trường ngoại bào. Ví dụ các thụ thể
adrenaline, thụ thể dopamine, thụ thể histamine, thụ thể ánh sáng rhodopsin
và rất nhiều thụ thể liên quan đến khứu giác và vị giác.
Một số ví dụ về vai trò sinh lý của GPCR bao gồm:
Vai trò trong thị giác : các opsins sử dụng một phản ứng
photoisomerization chuyển bức xạ ánh sáng thành tín hiệu điện để dấn
truyền ở tế bàod. Ví dụ: Rhodopsin sử dụng việc chuyển đổi 11-cis-
retinal thành dạng trans để chuyển ánh sáng thành tín hiệu điện.
[1trang 439-447]
Page 21

Khứu giác: các thụ thể của biểu mô khứu giác (thụ thể khứu giác) liên
kết với các phân tử mùi và pheromone( kích thích tố ) (thụ thể
vomeronasal)
Liên quan tới cảm xúc, tâm trạng: các thụ thể ở màng tế bào não liên
kết với các chất dẫn truyền thần kinh khác nhau, bao gồm serotonin,
dopamine, GABA, và glutamate.
Tham gia vào hoạt động miễn dịch và phản ứng viêm : các thụ thể
chemokine liên kết phối tử là các chất dẫn truyền trung gian giữa các tế

bào của hệ thống miễn dịch, các thụ thể như thụ thể histamin liên kết
với phối tử gây viêm.
Tham gia vào hệ thống dẫn truyền thần kinh chủ động : cả hai hệ thống
thần kinh giao cảm và phó giao cảm được quy định bởi các GPCR ,
chịu trách nhiệm kiểm soát nhiều chức năng tự động của cơ thể như
huyết áp, nhịp tim, và quá trình tiêu hóa.
Cảm ứng mật độ tế bào: Một vai trò mới phát hiện của GPCR là trong
việc điều chỉnh cảm ứng mật độ tế bào.
Điều chỉnh cân bằng nội môi (ví dụ, cân bằng nước). [38]
Tham gia vào sự phát triển và di căn của một số loại ung thư. [39]
2.4. Cấu trúc GPCR .
GPCRs là các protein độc lập ở màng tế bào mà có bảy vực xuyên màng hình
dạng trải dài hoặc dạng vòng xoắn. Các phần ngoại bào của thụ thể có thể
được glycosylated. Các vòng ngoại bào chứa hai cysteine để hình thành liên
kết disulfide để ổn định cấu trúc thụ thể . Một số protein GPCRs xoắn bảy
Page 22

màng tương tự (channelrhodopsin) có thể chứa các kênh ion trong protein của
chúng
Có cấu trúc tương tự như GPCRs, các thụ thể adiponectin 1 và 2 (ADIPOR1
và ADIPOR2) cũng có 7 vực xuyên màng. Tuy nhiên ADIPOR1 và
ADIPOR2 là có hướng trái chiều với GPCRs trong màng tế bào (ví dụ, thụ thể
có đuôi NH
2
ở trong tế bào chất , và ở phần ngoại bào thì đầu tận cùng là
nhóm carboxyl) và các thụ thể này không liên kết với protein G. [40]
Mô hình cấu trúc đầu tiên của GPCRs người dựa trên sự tương đồng với
rhodopsin của vi khuẩn ( sự tương đồng này là rất ít) , cấu trúc rhodopsin của
vi khuẩn được xác định bởi phương pháp nhiễu xạ điện từ (PDB 2BRD,
1AT9) [41] [42]và X quang dựa trên tinh thể (1AP9). [43]

Năm 2000, cấu trúc tinh thể đầu tiên của một GPCR động vật có vú, đó là bò
Rhodopsin (1F88), đã được tìm ra [44] .Trong khi các tính năng chính và cấu
trúc 7 vực xoắn tương đồng thì hướng của 7 vòng xoắn khác biệt rất lớn với
rhodopsin của vi khuẩn.
Trong năm 2007,cấu trúc đầu tiên của một GPCR của con người đã được tìm
ra (2R4R, 2R4S). [45]. Ngay sau đó là phát hiện ra cấu trúc có độ phân giải
cao hơn của receptor (2RH1) giống với 2 receptor (2R4R, 2R4S) vừa mới
phát hiện cấu trúc trước đó [46] [47]. Cấu trúc thụ thể β2-adrenergic rất
giống với Rhodopsin bò về định hướng tương đối của các vòng xoắn bảy
màng. Tuy nhiên, cấu tạo của vòng thứ hai ở ngoại bào là hoàn toàn khác
nhau giữa hai cấu trúc. Từ vị trí vòng này thì vòng ngoại bào cấu tạo lên một
cái “nắp” che phủ vị trí liên kết của GPCR với phối tử. Sự khác biệt trong
cấu trúc này làm nổi bật lên những khó khăn trong việc xây dựng mô hình
cấu trúc tương đồng của GPCRs khác chỉ dựa trên cấu trúc Rhodopsin .