Les protéines de liaison aux nucléotides de guanine (protéines G), également connues sous le nom de GTPases, sont une superfamille de protéines qui régulent de nombreux processus cellulaires, tels que la signalisation cellulaire, le transport vésiculaire et la régulation de la forme et de la motilité des cellules. La mutation ou le dysfonctionnement de ces protéines peut entraîner un état pathologique. Il existe environ 40 000 protéines G connues qui peuvent être classées en deux groupes : les petites protéines G constituées d'un seul domaine et les grandes protéines G multidomaines .

Les grosses protéines G, également connues sous le nom de protéines G hétérotrimériques, se composent de trois sous-unités —α, β et γ. La sous-unité α a un domaine conservé qui interagit avec les récepteurs couplés aux protéines G pour agir dans la médiation de la signalisation transmembranaire

Les petites protéines G sont une sous-unité unique et signalent dans toute la cellule par diverses voies. Elles sont divisées en cinq sous-familles basées sur leur séquence et leur fonction ‒ Ras, Rho, Rab, Ran et Arf. Des mutations dans la sous-famille Ras conduisent à la formation de tumeurs cancéreuses dans les poumons, le côlon et le pancréas. La sous-famille Rho régule la réorganisation de l'actine et la dynamique du cytosquelette des microtubules. La sous-famille Rab, la plus grande petite famille de protéines G, régule le transport des vésicules et le trafic membranaire dans les voies sécrétoires et endocytiques. La sous-famille Ran régule le transport nucléocytoplasmique de l'ARN et des protéines à travers l'assemblage et la fonction des pores nucléaires et du fuseau mitotique. La sous-famille Arf est impliquée dans le transport des vésicules et le trafic membranaire.

Les protéines G sont régulées par la liaison GTP/GDP et ont une activité GTPase intrinsèque, ce qui signifie qu'elles peuvent hydrolyser le GTP en GDP. Lorsque GTP est lié, la protéine G est dans l’état “ON”, c'est-à-dire que la protéine favorisera les cascades de signalisation dans la cellule. Lorsque PIB est lié, elle est dans l’état “OFF”, provoquant l'arrêt de la signalisation. La régulation de l'activation de la protéine G est en outre régulée par les facteurs d'échange agissant sur les nucléotides à base de guanine (GEF), qui aident à la dissociation du GDP, et des protéines d'activation de la GTPase (GAP) qui stimulent l'hydrolyse du GTP. De plus, les inhibiteurs de la dissociation de la guanine (GDI) peuvent se lier à de petites GTPases et réguler leur emplacement dans la membrane ou le cytoplasme.