سیگنالینگ، چرخه و حساس سازی گیرنده های هورمون آزاد کننده گنادوتروفین

Signalling, cycling and desensitisation of gonadotrophin-releasing hormone receptors

چکیده

مقدمه

نقش های عملکردی GPCR C-terminal ducks

ارتباط عملکردی قسمت انتهای دم C در GnRH-Rs

حساسیت قسمت پایینی GnRH-R

سیگنالینگ GPCR توسط Arrestin بتا

GnRH-R در سرطان های وابسته به هورمون

بررسی اجمالی

چکیده

تحریک گیرنده های جفت شدهG-protein (GPCRs) به صورت پایدار معمولا باعث کاهش حساسیت گیرنده می شود، که بوسیله فسفوریلاسیون در قسمت انتهایی C گیرنده انجام می شود. پیوند ایجاد شده با بتا -arrestin نه تنها مانع از فعال شدن گیرنده پروتئین G (باعث ایجاد حساسیت پذیری) می شود، بلکه می تواند آن را از طریق کیسه های کوچک پوشیده شده از کلوترین داخلی هدف قرار دهد و می تواند ارسال پیام به تنطیم کننده های پروتئین اندوسیتوز و پروتئین کیناز (MAPK). را انجام دهد. GnRH با استفاده از مسیر فسفولیپاز C (PLC) که با GPCR ها جفت شده اند، در هیپوفیز ترشح گنادوتروپین را برای تحریک Ca2 + افزایش میدهد. گیرنده های نوع یک GnRH بنام I (GnRH-Rs) که تنها در پستانداران یافت می شوند، به دلیل کمبود قسمت انتهایی C و ظاهرا عدم فسفریلاسیون ناشی از آگونیست و یا پیوند بتا arrestin منحصر به فرد هستند.؛ بنابراین آنها نسبت به حساس بودن گیرنده و فعالیت داخلی آن به آرامی مقاوم می شوند. در مقابل ، گیرنده نوع دوم GnRH-R که در مهره داران متعدد یافت می شود، دارای چنین قسمت انتهایی بوده و حساسیت سریع و درونی سازی با گیرنده فسفوریلاسیون (دارای دم C-terminus) یا اتصال به آرنتین یا هر دو را نشان می دهد. ارتباط با بتا-Arestiin برای تنظیم دینامین ، آنزیم GTPase که جداسازی اندوسوم از غشای پلاسما را کنترل می کند نیز ممکن است مهم باشد.

بررسی اجمالی

به نظر می رسد GnRH-R دوره نسبتا جدیدی از تکامل سریع مولکولی که ممکن است برای توسعه استراتژی های باروری پستانداران اهمیت داشته باشد را گدرانده باشند. ویژگی های حیرت انگیز این گیرنده ها فرصت های منحصر به فردی برای تحقیق فراهم کرده است – به ویژه فرصت هایی برای کشف رابطه بین ساختار گیرنده و عملکرد در داخل GPCR های طبیعی (غیر جهش یافته) و بررسی مکانیسم های سازگاری پس از گیرنده (در صورت عدم حساس بودن گیرنده) وجود دارند. اگر چه جزییات GnRH-R ها به مقدار کمی مورد بررسی قرار گرفته است، داده های موجود حاکی از آن است که نوع دوم GnRH-II از طرح کلی مشخص شده در شکل 2 پیروی می کند، در حالی که نوع یک GnRH-R ها به این شکل نیستند و وجود یا عدم وجود قسمت انتهاییC-terminal تعیین کننده اصلی عملکرد این دوگانگی است. در حال حاضر با تعدادی از پرسش های اساسی مواجه هستیم، از جمله: (a) نقش فیزیولوژیکی نوع دوم GnRH-Rچیست؟ (ب) چگونه نوع یک GnRH-R ها مورد هدف بتا ارستین ها قرار می گیرند – اما داخلی سازی را انجام میدهندCCV (c ) ج)آیا اتصال به بتا ارستین موجب افزایش مسیرهای سیگنالینگ تنظیم شده توسط GnRH-II نوع دوم می شود و (د) مقاومت GnRH-R های نوع یک به کاهش حساسیت، ایا آنها را به عنوان هدف هایی برای مهار تکثیر در سلول های سرطانی هورمون وابسته میکند ؟ واضح است که از مطالعه این GPCR های منحصر به فرد، هنوز معانی و اهداف زیادی حاصل نشده است.

Abstract

Sustained stimulation of G-protein-coupled receptors (GPCRs) typically causes receptor desensitisation, which is mediated by phosphorylation, often within the C-terminal tail of the receptor. The consequent binding of
-arrestin not only prevents the receptor from activating its G protein (causing desensitisation), but can also target it for internalisation via clathrin-coated vesicles and can mediate signalling to proteins regulating endocytosis and mitogenactivated protein kinase (MAPK) cascades. GnRH acts via phospholipase C (PLC)-coupled GPCRs on pituitary gonadotrophs to stimulate a Ca2+-mediated increase in gonadotrophin secretion. The type I GnRH receptors (GnRH-Rs), found only in mammals, are unique in that they lack C-terminal tails and apparently do not undergo agonist-induced phosphorylation or bind
-arrestin; they are therefore resistant to receptor desensitisation and internalise slowly. In contrast, the type II GnRH-Rs, found in numerous vertebrates, possess such tails and show rapid desensitisation and internalisation, with concomitant receptor phosphorylation (within the C-terminal tails) or binding of
-arrestin, or both. The association with
-arrestin may also be important for regulation of dynamin, a GTPase that controls separation of endosomes from the plasma membrane.

Overview

The GnRH-Rs appear to have undergone a relatively recent period of rapidly accelerated molecular evolution that may have been important for the development of mammalian reproductive strategies, and the unanticipated characteristics of these receptors have provided unique opportunities for investigation – notably, the opportunities to explore the relationship between receptor structure and function, within the context of normal (non-mutated) GPCRs, and to study post-receptor adaptive mechanisms (in the absence of receptor desensitisation). Although relatively few GnRH-Rs have been investigated in detail, the available data imply that type II GnRH-Rs follow the general scheme outlined in Figure 2, whereas type I GnRH-Rs do not, and that the presence or absence of C-terminal tails is the major functional determinant of this dichotomy. We are now faced with a number of fundamental questions, including (a) what are the physiological roles of the type II GnRH-R, (b) how are type I GnRH-Rs targeted for -arrestin-independent but CCVmediated internalisation, (c) does the binding to -arrestin increase the range of signalling pathways regulated by type II GnRH-Rs, and (d) does the resistance of type I GnRH-Rs to desensitisation leave them particularly suited as targets for inhibition of proliferation in hormonedependent cancer cells? Clearly, a great deal is yet to be learned from study of these unique GPCRs.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

سیگنالینگ، چرخه و حساس سازی گیرنده های هورمون آزاد کننده گنادوتروفین

Signalling, cycling and desensitisation of gonadotrophin-releasing hormone receptors

دنباله گیرنده هورمون آزادکننده گنادوتروپین: حساسیت زدایی در گیرنده های انتهایی جفت شونده همراه پروتئین G

The tail of the gonadotrophin-releasing hormone receptor: desensitization at, and distal to, G protein-coupled receptors

چکیده

1- حساسیت زدایی و چرخه GPCRs

2- گیرنده ها و افکتورهای GnRH

3- آیا گیرنده های GnRH تحت حساسیت زدایی سریع همولوگ قرار می‌گیرند؟

4- آیا عدم حساسیت زدایی گیرنده های GnRH پستانداران، نتیجه کمبود محل لازم برای فسفوریلاسیون در دم ترمینال C است؟

5- چه مکانیسم هایی از حساسیت زدایی، دور از گیرنده GnRH اجرا می‌شوند؟

6- خلاصه و دستورالعمل ها

چکیده

در سال‌های اخیر، یک طرح کلی برای حساسیت‌زدایی سریع و چرخه گیرنده‌های جفت شونده با پروتئینG (GPCRs) مطرح شده است. در این طرح، فسفریلاسیون ناشی از آگونیست (اغلب اوقات در دم ترمینال c گیرنده‌ها) موجب ارتباط با b- ارستین می‌شود که نه تنها بازدهی فعال‌سازی پروتئین G را کاهش می‌دهد، بلکه این گیرنده‌های حساسیت‌زدایی شده را برای درونی سازی مورد هدف قرار می‌دهد که پس از آن، ممکن است به صورت پروتئولیتیکی تغییرشکل پیدا کنند یا حساسیت‌زدایی شوند و دوباره به سطح سلول بازگردند. اگرچه مشخص است که تحریک مستمر گنادوتروپهای غده هیپوفیز، با هورمون آزادکننده گنادوتروپین (GnRH)، موجب حساسیت‌زدایی قابل‌توجه ترشح گنادوتروپین تحریک شده با GnRH می‌شود، اما تشخیص این که گیرنده‌های GnRH در پستانداران دارای دم‌های ترمینال c نیستند، این سؤال را مطرح کرد که آیا حساسیت‌زدایی گیرنده دران نقش دارد یا نه. این بررسی، داده‌هایی را ارائه می‌دهد که نشان می‌دهند گیرنده‌های GnRH در پستانداران که دم کوتاه‌تری دارند، می‌توانند به عنوان حساسیت‌زدایی طبیعی و “جهش‌های” ناکارآمد در درونی سازی در نظر گرفته شوند. این بر خلاف گیرنده‌های GnRH غیر پستاندارانی است که دم دارند و با طرح کلی مطابقت دارند. در غیاب حساسیت‌زدایی گیرنده، مکانیسم‌های پس از گیرنده برای حساسیت‌زدایی تأثیر GnRH از طریق گیرنده‌های GnRH پستانداران، بسیار اهمیت پیدا می‌کند. سرکوب واکنش عادی گیرنده‌های (1,4,5)P3 و متعاقباً حساسیت‌زدایی تأثیرات GnRHبر Ca2 + سیتوزول به عنوان مکانیسم جدیدی برای چنین حساسیت‌زدایی مورد بحث قرار گرفته‌اند. © گروه آموزشی الزیور (سهامی خاص). تمامی حقوق محفوظ است.

6- خلاصه و دستورالعملها

گیرنده‌های GnRH در پستانداران، منحصربفرد هستند. آن‌ها کوچکترین GPCRهای شناخته شده هستند، تنها GPCRهای جفت شده با PLC فاقد دمهای ترمینال C هستند و تنها GPCRهای فعال کننده PLC تحت فسفوریلاسیون و حساسیت‌زدایی ناشی از آگونیست قرار نمی‌گیرند. این ویژگیها بر خلاف سایر گیرنده‌های GnRH در غير پستانداران و در واقع اکثریتGPCR ها از جمله مخمرها می‌باشند. بدین معنی که این گیرنده‌ها مدت خیلی زیادی نیست که تحت یک دوره تدریجی تکامل ملکولی قرار گرفته‌اند (برای مثال پس از جداسازی پرندگان، پستانداران و دوزیستان از مهره داران پیشگونه زمینی) که در طی آن آن‌ها به سادگی یک ویژگی ساختاری ( دم ترمینال C) و عملکردهای وابسته که در کمتر از 99 درصد از GPCRهای شناخته شده حفظ شده بودند، کنار گذاشته شدند. هرچند که اصلاً واضح نیست که چرا این “جهش‌های” ناکارآمد از نظر حساسیت‌زدایی و درونی سازی باید تکامل پیدا کنند، اما آن دارای دو پیامد واضح است. اولاً، Gqa و G11a عمدتاً به عنوان یک انتگراتور ساده از فعالیت عامل تبادل نوکلئوتید گوانین مربوط به خود (گیرنده GnRH) و رگلاتورهای GTPase (PLCو RGS) در گنادوتروپها عمل می‌کنند. از آنجاییکه مکانیسم‌های معین شده برای تنظیم دقیق عامل تبادل به آن مربوط نمی‌شوند ( برای گیرنده‌های GnRH در پستانداران)، دانستن این نکته جالب خواهد بود که برای مثال آیا تنظیم توسط پروتئین‌های RGS، اهمیت فزاینده‌ای پیدا می‌کند یا خیر. ثانیاً، مکانیسم‌های پس از گیرنده باید تحت حساسیت‌زدایی ترشحات گنادوتروپین ناشی از GnRH قرار بگیرند و این ممکن است شامل فروتنظیم گیرنده‌های Ins(1,4,5)P3 باشد. در صورت عدم حساسیت‌زدایی گیرنده ، چنین واکنشهای انطباقی پایین دستی می‌توانند همانطور که توسط میزان غیرعادی و سرعت واکنش نسبت به GnRH نشان داده شده، اهمیت فزاینده‌ای پیدا کنند.

Abstract

In recent years a general scheme for the rapid desensitization and cycling of G protein-coupled receptors (GPCRs) has emerged. In this scheme agonist-induced phosphorylation (most often in the receptors’ C-terminal tail) causes association with β-arrestin which not only reduces the efficiency of G-protein activation, but also targets these desensitized receptors for internalization, after which they may be either proteolytically degraded or resensitized and recycled back to the cell surface. Although sustained stimulation of pituitary gonadotrophs with gonadotrophin-releasing hormone (GnRH) is known to cause a pronounced desensitization of GnRH-stimulated gonadotrophin secretion, the discovery that mammalian GnRH receptors do not possess C-terminal tails raised the question of whether receptor desensitization is involved. This review outlines data demonstrating that tail-less mammalian GnRH receptors can be considered as natural desensitization and internalization deficient ‘mutants’. This is in stark contrast to non-mammalian GnRH receptors which do possess tails and conform to the general scheme. In the absence of receptor desensitization, post receptor mechanisms take on increasing importance for desensitization of GnRH action via mammalian GnRH receptors. The down regulation of Ins(1,4,5)P3 receptors and consequent desensitization of GnRH effects on cytosolic Ca2+ are discussed as a novel mechanism for such desensitization.

6- Summary and directions

Mammalian GnRH receptors are unique. They are the smallest known GPCRs, the only PLC-coupled GPCRs known to lack C-terminal tails and the only PLC-activating GPCRs known not to undergo agonist-induced phosphorylation and desensitization. These features are in stark contrast to those of the non-mammalian GnRH receptors, and indeed to the vast majority of GPCRs including those of yeast. The implication is that these receptors have undergone a period of dramatically accelerated molecular evolution in the relatively recent past (e.g. after the separation of birds, mammals and amphibians from ancestral terrestrial vertebrates), during which they have simply discarded a structural feature (the C-terminal tail), and associated functions, which have been retained by \99% of known GPCRs. Although it is not at all clear why these desensitization and internalization deficient ‘mutants’ should have evolved, it has two obvious consequences. First, Gqa and G11a act primarily as simple integrators of the activity of their associated guanine nucleotide exchange factor (GnRH receptor) and GTPase regulators (PLC and RGS) in gonadotrophs. Since the established mechanisms for acute regulation of the exchange factor are not pertinent (for mammalian GnRH receptors) it will be fascinating to know whether regulation by RGS proteins, for example, takes on increasing importance. Second, post-receptor mechanisms must underlie desensitization of GnRH-stimulated gonadotrophin secretion and these may well include down-regulation of Ins(1,4,5)P3 receptors. In the absence of receptor desensitization such down-stream adaptive responses may become increasingly important as indicated by the unusual extent and rapidity of the response to GnRH.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

دنباله گیرنده هورمون آزادکننده گنادوتروپین: حساسیت زدایی در گیرنده های انتهایی جفت شونده همراه پروتئین G

The tail of the gonadotrophin-releasing hormone receptor: desensitization at, and distal to, G protein-coupled receptors

پیشرفت در درک ساختار گیرنده هورمون آزاد کننده گنادوتروپین و تعامل لیگاند

Advances in understanding gonadotrophin-releasing hormone receptor structure and ligand interactions

1- ارتباط ساختار-فعالیت لیگاندهای GnRH
2- ساختار گیرنده GnRH
3- توالی آمینو اسید Deduced
4- ویژگی های غیر معمول توالی گیرنده GnRH
5- اصلاح پس از رونویسی: گلیکوزیلاسیون
6- مدل های گیرنده های جفت شده با پروتئین G و ساختار سوم گیرنده GnRH
7- مدل های نظری فعال سازی گیرنده
8- مدل های ساختار سوم گیرنده
9- اهمیت پل Cys حفاظت شده
10- دومین اتصال به ليگاند
11- دومین اتصال به آگونیست
12- دومین اتصال دهنده آنتاگونیست
13- نتیجه گیری

هورمون آزاد کننده گنادوتروپین (GnRH)، تنظیم کننده مرکزی سیستم تولیدمثل است و آنالوگ های آن به طور گسترده در درمان بیماری های مختلف استفاده می شوند. گیرنده GnRH یک عضو از خانواده بزرگ گیرنده های جفت شده با پروتئین G (GPCRs) است که دارای هفت دومین تراغشایی است. شناخت این گیرنده ها به توسعه مدل های مولکولی گیرنده GnRH کمک کرده و امکان پیش بینی پیکربندی سه بعدی و نحوه اتصال GnRH به گیرنده ی آن و فعال شدن گیرنده را فراهم می کند. مقایسه با سایر GPCRها، نشان داد که Lys121 در دومین تراغشایی سوم نقش مهمی در اتصال آگونیست دارد. تاریخچه مطالعات فعالیت-ساختار GnRH منجر به شناسایی یک باقیمانده اسیدی در حلقه سوم خارج سلولی گیرنده شده است که برای اتصال GnRH پستانداران مورد نیاز است، در حالی که آنالوگ های سنتزی GnRH نشان داده اند که Asn102 در حلقه دوم خارج سلولی ممکن است با انتهای کربوکسی GnRH در تعامل باشد. این باقیمانده ها هم اکنون می توانند در مدل های گیرنده که برای طراحی آنالوگ های غیر پپتیدی GnRH دهانی برای پیشگیری و درمان انواع اختلالات تولید مثلی استفاده می-شوند، گنجانده شوند.

نتیجه گیری

کلونینگ گیرنده GnRH اطلاعاتی را در مورد ساختار اولیه گیرنده ارائه کرده و ثابت می کند که متعلق به خانواده GPCR است. همچنین توضیحاتی را در مورد روابط ساختاری-فعالیتی GnRH از نظر گیرنده آن ارائه می دهد. عدم آگاهی از ساختار سه بعدی گیرنده، درک بیشتر از برهمکنش های آن با آنالوگ های شناخته شده GnRH و توسعه آنالوگ های جدید را محدود کرده است. روش های ترکیبی با استفاده از مدل سازی مولکولی بر اساس مقایسه با سایر GPCR ها و زیست شناسی مولکولی و فارماکولوژی تجربی برای ایجاد یک مدل سه بعدی برای گیرنده GnRH مورد استفاده قرار می گیرند. این مدل در حال تکامل، برای کشف نحوه ارتباط GnRH با گیرنده مورد استفاده قرار می گیرد. بررسی تغییرات هماهنگ طی تکامل هر دو لیگاند GnRH و گیرنده آن، بینش بیشتری را نسبت به ساختار گیرنده و محل اتصال لیگاند فراهم می کند. درک ساختار گیرنده، یک مدل مفید از محل اتصال لیگاند را فراهم خواهد کرد که در آن آنالوگ های غيرقطبی خوراکی GnRH طراحی می شود که ممکن است مبنایی را برای نسل جديدی از ضد بارداری های غیر استروئیدی برای مردان و زنان فراهم کند.

Gonadotrophin-releasing hormone (GnRH) is the central regulator of the reproductive system and its analogues are used widely in the treatment of diverse diseases. The GnRH receptor is a member of the large family of G-protein-coupled receptors (GPCRs) which have seven transmembrane domains. Knowledge of these receptors has assisted the development of molecular models of the GnRH receptor that allow prediction of its threedimensional configuration and the way GnRH binds and activates its receptor. Comparison with other GPCRs led to the discovery that Lys121, in the third transmembrane domain, has a role in agonist binding. The history of GnRH structure–activity studies has allowed the identification of an acidic residue in the third extracellular loop of the receptor that is required for binding of mammalian GnRH, while synthetic GnRH analogues have showed that Asn102, in the second extracellular loop, may interact with the carboxy-terminus of GnRH. These residues can now be incorporated into the receptor models that are being used to design orally active non-peptide GnRH analogues for contraception and treatment of a variety of reproductive disorders.

Concluding remarks

The cloning of the GnRH receptor has provided information on the primary structure of the receptor and has confirmed the expectation that it belongs to the GPCR family. It provides some explanation for the structure–activity relationships of GnRH in terms of its receptor. Lack of knowledge of the threedimensional structure of the receptor limits further understanding of its interactions with known GnRH analogues and the development of new analogues. Combined approaches using molecular modelling based on comparison with other GPCRs and experimental molecular biology and pharmacology are being used to develop a three-dimensional model of the GnRH receptor. This evolving model is being used to explore the way in which GnRH interacts with the receptor. Examination of the coordinated changes during the evolution of both the GnRH ligand and its receptor will provide further insight into receptor structure and the ligand-binding site. The emerging understanding of receptor structure will provide a useful model of the ligand binding site on which to design orally active nonpeptide GnRH analogues which may form the basis of a new generation of non-steroidal contraceptives with application in both men and women.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

پیشرفت در درک ساختار گیرنده هورمون آزاد کننده گنادوتروپین و تعامل لیگاند

Advances in understanding gonadotrophin-releasing hormone receptor structure and ligand interactions