G-Protein-gekoppelte Rezeptoren oder GPCRs sind membrangebundene Rezeptoren, die vorübergehend mit heterotrimeren G-Proteinen assoziieren und eine angemessene Reaktion auf sensorische Reize wie Licht, Gerüche, Hormone, Zytokine oder Neurotransmitter induzieren.

GPCRs werden auch als heptahelikale, 7TM- oder Serpentinrezeptoren bezeichnet und bestehen aus sieben (H1-H7) Transmembran-Alpha-Helices, die die Doppelschicht überspannen und einen zylindrischen Kern bilden. Die Transmembranhelices sind durch drei extrazelluläre Schleifen und drei zytosolische Schleifen verbunden. Zusammen mit den extrazellulären Schleifen bilden die Transmembran-Alpha-Helices die zentrale Ligandenbindungstasche von GPCR. Im Gegensatz dazu fungiert die dritte zytosolische Schleife als heterotrimere G-Protein-Bindungsstelle.

Die Ligandenbindung aktiviert die GPCRs, da sie eine Konformationsänderung erfährt, und bindet auch heterotrimere G-Proteine mit hoher Affinität. Ein aktivierter GPCR kann mehrere G-Proteine binden und aktivieren, um das Signal zu verstärken. G-Proteine wiederum binden und aktivieren nachgeschaltete Effektoren und bewirken eine zelluläre Reaktion.

Obwohl alle GPCRs von Säugetieren strukturell aus sieben transmembran-alpha-helikalen Domänen bestehen, unterscheiden sie sich erheblich in ihrer Abfolge und Funktionalität. GPCRs werden grob in fünf Klassen eingeteilt, darunter Klasse A (Rhodopsin-ähnlich), Klasse B (Sekretinrezeptor-ähnlich oder B1), Klasse B2/Adhäsionstyp, Klasse C (Glutamatrezeptor-ähnlich) und Klasse F (kräuselt).

• Klasse A bildet die größte Unterfamilie der GPCRs, zu der Rhodopsine und beta-adrenerge Rezeptoren gehören.
• Klasse B umfasst die hormonbindenden Rezeptoren wie Glucagon, Parathormon und vasoaktive intestinale Peptid (VIP)-Rezeptoren.
  • Die Adhäsions- oder B2-Rezeptorklasse umfasst die Adhäsions-G-Protein-gekoppelten Rezeptoren oder ADGR-Gruppen von Rezeptoren wie ADGRL1 und ADGRG1, die für die Zelladhäsion und -migration essentiell sind.
• Die Klasse C umfasst Kalziumrezeptoren, Gamma-Aminobuttersäure (GABA)-Typ-B-Rezeptoren, metabotrope Glutamatrezeptoren und mehrere Geschmacksrezeptoren. Im Gegensatz zu den anderen verwendet diese Gruppe ein charakteristisches Venusfliegenfallenmodul für die Ligandenbindung.
• Die Klasse F, auch kräuselt genannt, umfasst geglättete oder Smo-Rezeptoren und Funktionen in der Embryonalentwicklung.

Insgesamt besteht der Mensch aus mehr als 800 GPCRs. Viele von ihnen erkennen Hormone, Wachstumsfaktoren oder endogene Liganden, während einige andere an Geruchs- und Geschmacksreaktionen beteiligt sind.

Daher regulieren GPCRs kritische physiologische Signalwege und sind ein hervorragendes Ziel für die Behandlung von Krankheiten wie Diabetes, Krebs, Fettleibigkeit, Depression oder Alzheimer. Fast 35 % der zugelassenen Medikamente setzen ihre therapeutische Wirkung durch selektive Interaktion mit spezifischen GPCRs um. Eine häufig verwendete Klasse von Medikamenten, Betablocker, zielt auf beta-adrenerge Rezeptoren ab und behandelt Erkrankungen wie Bluthochdruck, Herzrhythmusstörungen und Angstzustände. GPCRs bieten ein wirksames Ziel, um ein Arsenal für eine Vielzahl von Krankheitskrankheiten zu schaffen.