Gαタンパク質スイッチ制御の新たな仕組み―N末端ヘリックスの回転がGDP解離を促す―

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2026-11-04 京都大学

京都大学などの研究グループは、細胞内の情報伝達を担うGαタンパク質が活性化する仕組みを解明した。Gαタンパク質は、細胞表面のGタンパク質共役型受容体(GPCR)から刺激を受けると、結合しているGDPを放出し、GTPを取り込むことでスイッチがオンになる。研究では、X線1分子追跡法、培養細胞実験、分子動力学シミュレーション、生化学的解析を組み合わせ、Gαタンパク質のN末端ヘリックスがGPCRとの相互作用によって反時計回りに回転することを確認した。この回転がタンパク質内部のβシートの構造変化を引き起こし、GDP結合部位に伝わることでGDPの解離を促進することを明らかにした。従来知られていたC末端ヘリックスの働きに加え、N末端ヘリックスもスイッチ制御に重要な役割を果たすことを示した成果である。GPCRを標的とする医薬品の作用機序の理解や、Gタンパク質のシグナル伝達を制御する新たな創薬につながることが期待される。

Gαタンパク質スイッチ制御の新たな仕組み―N末端ヘリックスの回転がGDP解離を促す―
概略図:N末端ヘリックスが駆動するGαタンパク質からのGDP解離機構
©京都大学・薬学研究科・シグナル薬理学分野

<関連情報>

N末端ヘリックスの回転がGαタンパク質のスイッチをオンにする Rotation of the N-terminal helix triggers Gα activation

Hiroki Arai, Tatsuya Ikuta, Ryoji Kise, Manae Tatsumi, Yotaro Koizumi, Masataka Yanagawa, Daisuke Sasaki, Caesar Tawfeeq, Hidetaka S. Oshima, Wing-In Yau, Wataru Shihoya, Adnan Sljoka, Keizaburo Taninaka, Osamu Nureki, Roger K. Sunahara, Kazuhiro Mio, Yuji C. Sasaki & Asuka Inoue
Nature Chemical Biology  Published:30 October 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41589-026-02359-y

Abstract

Heterotrimeric G proteins, activated by G-protein-coupled receptors (GPCRs), are central mediators of cellular signaling. Activation requires GDP release from the Gα subunit, a step attributed largely to the C-terminal α5 helix, the primary GPCR-interacting region. Contributions from other Gα regions have remained unclear. Here we show that the N-terminal helix (αN) of Gαs promotes GDP release through a rotational conformational change. Diffracted X-ray tracking revealed that engagement with an active GPCR increases αN conformational displacement. Biochemical assays and molecular dynamics simulations showed that counterclockwise rotation of αN, viewed from the extracellular side, facilitates GDP release, whereas clockwise rotation does not. Mechanistically, this αN-mediated pathway acts synergistically with α5 conformational changes and propagates through the β-sheet network within the Ras homology domain to the P-loop and the αG helix. These findings identify an αN-driven activation pathway and extend the mechanistic framework for GPCR-triggered G protein activation.

生物化学工学
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