低分子量Gタンパク質

英：small G protein　独：kleine G-Protein　仏：petites protéines G

同義語：低分子量GTPアーゼ (small GTPase)

低分子量Gタンパク質とは

　三量体Gタンパク質に対して、分子量20-30kDaのサブユニット構造を持たないGTP結合タンパク質を低分子量Gタンパク質という。酵母からヒトまでの真核生物に存在する。ヒトやマウスでは150以上の分子からなり、主に５つのファミリーに分類される（表１、２）。不活性型のGDP結合型と活性型のGTP結合型が存在し、両者の転換により細胞内シグナルを伝達する分子スイッチとして機能する（図）。なお、低分子量Gタンパク質は低分子量GTPアーゼ（small GTPase）とも表記されるが、GTPase活性のない分子もあることや、他のGTPaseとは異なり、GTPase活性は標的分子への作用には必要なく、作用の終了後に必要であることから、低分子量GTPアーゼよりも低分子量Gタンパク質と表記する方がより適切である。

分類と機能

Rasファミリー

Rhoファミリー

Rabファミリー

Ranファミリー

　Ran (Ras-related nuclear protein)は細胞質−核間の輸送、有糸分裂の紡錘体集合、微小管構築、核膜形成を制御する。最近では、細胞増殖やがん化との関連も報告されている。

Sar/Arfファミリー

表1．低分子量Gタンパク質の分類と主な機能

表２　低分子量Gタンパク質ファミリー（Wikipediaより一部改変）

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活性調節機構

GFFとGAPによる活性調節

　低分子量Gタンパク質は、GDP/GTP交換因子(GDP/GTP exchange factor: GEF)によってGDPとGTPが交換され、GDP結合型からGTP結合型となる結果、活性化される（図）。一方、GTPase活性化タンパク質（GTPase activating protein: GAP）によって低分子量Gタンパク質自身の有するGTPase活性が亢進して、結合しているGTPが加水分解されてGDPとなる結果、不活性化される。

GDFとGDIによる活性調節

　Rasを除く低分子量Gタンパク質は、通常、不活性型のGDP結合型の時には、GDP解離阻害因子(GDP dissociation inhibitor: GDI)と複合体を形成して細胞質に存在する（図）。これにより、GDPが解離して活性型に変換されるのが阻害されている。GDI置換因子(GDI displacement factor: GDF)により、GDIが遊離するとGFFによる活性化が可能となる。

プレニル化

　低分子量Gタンパク質が細胞膜で活性化されるためには、細胞質から細胞膜に移行して結合する必要がある。低分子量Gタンパク質はC末端側のCys残基がプレニル化されて細胞膜に結合する。プレニル化には、ファルネシル基が結合するファルネシル化とゲラニルゲラニル基が結合するゲラニルゲラニル化がある。Rasはファルネシル化を受けるのに対し、RhoやRabなど多くの低分子量Gタンパク質はゲラニルゲラニル化を受ける。

神経系における低分子量Gタンパク質の機能

　低分子量Gタンパク質は、神経細胞の形態や神経細胞間のシグナル伝達など様々な機能を制御する（表３）。Rasファミリーは、前シナプスからのグルタミン酸やGABAなどの神経伝達物質の放出や後シナプスでのグルタミン酸受容体のターンオーバーを調節し、シナプスの可塑性を制御する。RhoファミリーやRanファミリーは、神経細胞の軸索や樹状突起の伸長など、形態形成を制御する 。Rabファミリーは、神経細胞の軸索突起の伸長、シナプス小胞のエクソサイトーシスとエンドサイトーシス、輸送を制御する。Sar/Arfファミリーは、形態形成およびシナプス小胞のエクソサイトーシスとエンドサイトーシスを調節し、シナプスの可塑性を制御する。

表3．神経系における低分子量Gタンパク質の主な機能

参考文献

1. Julie G Donaldson, Catherine L Jackson