G-eiwitgekoppelde receptoren (GPCR’s) vormen een grote en diverse familie van eiwitten met als voornaamste functie het omzetten van extracellulaire stimuli in intracellulaire signalen. Zij behoren tot de grootste en meest diverse eiwitfamilies in het genoom van zoogdieren. Op basis van homologie met rhodopsine wordt voorspeld dat zij zeven membraanoverspannende helices, een extracellulaire N-terminus en een intracellulaire C-terminus bevatten. Dit geeft aanleiding tot hun andere namen, de 7-TM-receptoren of de heptahelicale receptoren. GPCR’s transduceren extracellulaire stimuli naar intracellulaire signalen door interactie van hun intracellulaire domeinen met heterotrimere G eiwitten, en de kristalstructuur van één lid van deze groep, boviene rhodopsine, is recent opgelost (Palczewski et al., 2000).
De aanwezigheid van GPCR’s in de genomen van bacteriën, gist, planten, nematoden en andere ongewervelde groepen pleit voor een relatief vroege evolutionaire oorsprong van deze groep moleculen. De diversiteit van GPCR’s wordt zowel bepaald door de veelheid van stimuli waarop zij reageren, als door de verscheidenheid van intracellulaire signaalwegen die zij activeren. Daartoe behoren licht, neurotransmitters, geurstoffen, biogene aminen, lipiden, eiwitten, aminozuren, hormonen, nucleotiden, chemokinen en ongetwijfeld nog vele andere. Bovendien zijn er ten minste 18 verschillende menselijke Gα-eiwitten waaraan GPCR’s kunnen worden gekoppeld (Hermans, 2003; Wong, 2003). Deze Gα eiwitten vormen heterotrimere complexen met Gβ subeenheden, waarvan er tenminste 5 typen zijn, en Gγ subeenheden, waarvan er tenminste 11 typen zijn (Hermans, 2003).
De schattingen van het aantal GPCR’s in het menselijk genoom lopen sterk uiteen. Gebaseerd op hun sequenties, alsmede op hun bekende of vermoede functies, zijn er naar schatting vijf of zes grote klassen van GPCR. In een recente analyse van de GPCR’s in het menselijk genoom werden meer dan 800 GPCR’s genoemd (Fredriksson et al., 2003). Van dit totaal behoorden er 701 tot de rhodopsinefamilie (type A) en hiervan waren er 241 niet-olfactory (Fredriksson et al., 2003). Volgens deze analyse zijn er ongeveer 460 olfactorische receptoren van type A, hoewel de schattingen variëren van 322 (Glusman et al., 2001; Takeda et al., 2002) tot 900 (Venter et al., 2001), waarvan er 347 reeds gekloond zijn (Zozulya et al., 2001). Dit grote aantal olfactorische receptoren verklaart het vermogen van de mens om een grote verscheidenheid van exogene (olfactorische) liganden te detecteren. Een studie vergelijkbaar met die van Fredriksson et al. (Fredriksson et al., 2003) identificeerde 367 menselijke endoGPCRs en 392 muizen endoGPCRs (Vassilatis et al., 2003); de term endoGPCR verwijst naar GPCRs voor endogene (niet-olfactory) liganden. Gezien het bekende bestaan van alternatief gesplicte varianten en bewerking isovormen van GPCRs, is het waarschijnlijk dat het werkelijke aantal GPCRs nooit bekend zal worden en veel hoger is dan geschat.
De afgebeelde boom illustreert de relaties tussen de primaire eiwitsequenties van 274 type A rhodopsine-achtige GPCR’s; voor de duidelijkheid zijn de receptoren van de secretine-familie (waarvan er 15 zijn), de adhesiereceptorfamilie (24), de glutamaatreceptorfamilie (15) en de frizzled/smaak2-receptorfamilie (24) niet opgenomen. Om deze boom te construeren diende de lijst van receptoren gebruikt door Fredriksson et al. (Fredriksson et al., 2003) als uitgangspunt, en nieuw ontdekte `orphan’ receptoren werden aan de lijst toegevoegd (http://kidb.bioc.cwru.edu/rothlab/jalview/viewJalView.html).
De eiwitvolgorde van elke receptor werd verkregen, en de sequenties van de N- en C-termini, die van variabele lengte zijn en weinig overeenkomst vertonen tussen de receptoren, werden handmatig bijgesneden. De eiwitsequenties werden vervolgens uitgelijnd en de boom werd getekend met behulp van de ClustalW server (http://clustalw.genome.ad.jp). Een uitlijningsbestand is beschikbaar op http://kidb.bioc.cwru.edu/rothlab/jalview/viewJalView.html en kan met een meer viewer-vriendelijke interface worden onderzocht met behulp van de JalView applet op die site. De G-eiwit-koppeling informatie in de poster is ontleend aan de review van Wong (Wong, 2003).
De groeperingen van de receptoren in de poster zijn dus vergelijkbaar, maar niet identiek, met die van Fredriksson et al. (Fredriksson et al., 2003). Bijvoorbeeld, Fredriksson’s α, β, γ en δ groepen, die `monofyletisch’ lijken te zijn in hun boom, waren niet monofyletisch in de onze; dit is waarschijnlijk te wijten aan kleine verschillen in de gebruikte opties in de twee alignments, en de relatieve onnauwkeurigheid van de locatie van de wortels van de takken in beide bomen. Interessant is dat de weesreceptoren GPR57 en GPR58 werden gegroepeerd met de sporenaminereceptoren, en vergelijking van hun sequenties geeft aan dat deze weesreceptoren waarschijnlijk het menselijke equivalent vormen van de type 2 sporenaminereceptoren van knaagdieren. Bomen van dit type kunnen dus dienen om te helpen bij het proces van `de-orphanizing’ van receptoren.