G-protein-coupled receptors (GPCRs) costituiscono una grande e diversa famiglia di proteine la cui funzione primaria è quella di trasdurre stimoli extracellulari in segnali intracellulari. Sono tra le più grandi e diverse famiglie di proteine nei genomi dei mammiferi. Sulla base dell’omologia con la rodopsina, si prevede che contengano sette eliche di membrana, un N-terminale extracellulare e un C-terminale intracellulare. Questo dà origine ai loro altri nomi, i recettori 7-TM o i recettori eptaelici. I GPCR trasducono stimoli extracellulari per dare segnali intracellulari attraverso l’interazione dei loro domini intracellulari con proteine G eterotrimeriche, e la struttura cristallina di un membro di questo gruppo, la rodopsina bovina, è stata recentemente risolta (Palczewski et al., 2000).
La presenza di GPCR nei genomi di batteri, lieviti, piante, nematodi e altri gruppi invertebrati depone a favore di un’origine evolutiva relativamente precoce di questo gruppo di molecole. La diversità dei GPCR è dettata sia dalla molteplicità degli stimoli a cui rispondono, sia dalla varietà delle vie di segnalazione intracellulare che attivano. Questi includono luce, neurotrasmettitori, odoranti, ammine biogene, lipidi, proteine, aminoacidi, ormoni, nucleotidi, chemochine e, senza dubbio, molti altri. Inoltre, ci sono almeno 18 diverse proteine Gα umane a cui i GPCR possono essere accoppiati (Hermans, 2003; Wong, 2003). Queste proteine Gα formano complessi eterotrimerici con subunità Gβ, di cui esistono almeno 5 tipi, e subunità Gγ, di cui esistono almeno 11 tipi (Hermans, 2003).
Le stime del numero di GPCRs nel genoma umano variano ampiamente. Basandosi sulle loro sequenze, così come sulle loro funzioni note o sospette, si stima che ci siano cinque o sei classi principali di GPCR. In una recente analisi dei GPCR nel genoma umano, sono stati elencati più di 800 GPCR (Fredriksson et al., 2003). Di questo totale, 701 appartenevano alla famiglia della rodopsina (tipo A) e, di questi, 241 erano non-olfattivi (Fredriksson et al., 2003). Secondo questa analisi, ci sono circa 460 recettori olfattivi di tipo A, anche se le stime vanno da 322 (Glusman et al., 2001; Takeda et al., 2002) a 900 (Venter et al., 2001), di cui 347 sono già stati clonati (Zozulya et al., 2001). Questo gran numero di recettori olfattivi spiega la capacità degli esseri umani di rilevare una grande varietà di ligandi esogeni (olfattivi). Uno studio simile a quello di Fredriksson et al. (Fredriksson et al., 2003) ha identificato 367 endoGPCR umani e 392 endoGPCR murini (Vassilatis et al., 2003); il termine endoGPCR si riferisce a GPCRs per ligandi endogeni (non olfattivi). In considerazione della nota esistenza di varianti con splicing alternativo e isoforme di editing dei GPCR, è probabile che il vero numero di GPCR non sarà mai conosciuto e che sia molto più alto di quello stimato.
L’albero mostrato illustra le relazioni tra le sequenze proteiche primarie di 274 GPCR di tipo A rodopsina-simili; per chiarezza, non sono stati inclusi i recettori della famiglia secretina (di cui esistono 15), la famiglia dei recettori di adesione (24), la famiglia dei recettori del glutammato (15) e la famiglia dei recettori frizzled/taste2 (24). Per costruire questo albero, la lista dei recettori usata da Fredriksson et al. (Fredriksson et al., 2003) è servita come punto di partenza, e i recettori “orfani” scoperti di recente sono stati aggiunti alla lista (http://kidb.bioc.cwru.edu/rothlab/jalview/viewJalView.html).
La sequenza proteica di ogni recettore è stata ottenuta, e le sequenze del N- e C-termini, che sono di lunghezza variabile e mostrano poca somiglianza tra i recettori, sono state tagliate manualmente. Le sequenze proteiche sono state poi allineate e l’albero è stato disegnato utilizzando il server ClustalW (http://clustalw.genome.ad.jp). Un file di allineamento è disponibile all’indirizzo http://kidb.bioc.cwru.edu/rothlab/jalview/viewJalView.html e può essere esaminato con un’interfaccia più amichevole utilizzando l’applet JalView in quel sito. Le informazioni sull’accoppiamento delle proteine G nel poster sono derivate dalla revisione di Wong (Wong, 2003).
I raggruppamenti dei recettori nel poster sono quindi simili, ma non identici, a quelli di Fredriksson et al. (Fredriksson et al., 2003). Per esempio, i gruppi α, β, γ e δ di Fredriksson, che sembrano essere “monofiletici” nel loro albero, non erano monofiletici nel nostro; questo è probabilmente dovuto a leggere differenze nelle opzioni utilizzate nei due allineamenti, e alla relativa imprecisione della posizione delle radici dei rami in entrambi gli alberi. È interessante notare che i recettori orfani GPR57 e GPR58 sono stati raggruppati con i recettori delle amine in traccia, e il confronto delle loro sequenze indica che questi orfani costituiscono probabilmente l’equivalente umano dei recettori delle amine in traccia di tipo 2 dei roditori. Così, gli alberi di questo tipo possono servire per aiutare nel processo di `de-orfanizzazione’ dei recettori.