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■0820  ▼a615
■1001  ▼aLefevre,  Tyler  Jacob.
■24510▼aMolecular  Mechanisms  of  Gαi  Signaling  Selectivity▼h[electronic  resource]
■260    ▼a[S.l.]▼bUniversity  of  Michigan.  ▼c2023
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2023
■300    ▼a1  online  resource(119  p.)
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  84-12,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Smrcka,  Alan  V.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2023.
■506    ▼aThis  item  must  not  be  sold  to  any  third  party  vendors.
■506    ▼aThis  item  must  not  be  added  to  any  third  party  search  indexes.
■520    ▼aNearly  all  of  human  physiology  is  under  the  control  of  G  protein-coupled  receptors  (GPCRs),  which  transmit  signals  from  extracellular  stimuli  to  affect  intracellular  processes.  The  heterotrimeric  G  proteins  that  these  receptors  are  coupled  to  transduce  signals  from  the  GPCR  and  pass  it  on  to  intracellular  effector  proteins,  which  have  diverse  functions.  The  α  subunit  of  heterotrimeric  G  proteins  acts  as  a  molecular  switch,  binding  different  guanine  nucleotides  which  control  its  functional  state.  Sixteen  human  Gα  subunits  form  four  distinct  families:  Gαs,  Gαi/o,  Gαq/11,  and  Gα12/13.  Each  of  these  families  are  highly  similar  in  sequence  and  function,  resulting  in  highly  unique  signaling  patterns  between  families.  While  seemingly  functionally  redundant,  members  of  these  families  differ  in  tissue  distribution  and  cellular  function.  The  Gαi/o  family  consists  of  Gαi1-3,  Gαo,  GαT1-3,  and  Gαz.  These  subunits  vary  widely  in  tissue  expression,  but  Gαi1-3  are  expressed  relatively  ubiquitously.  They  are  nearly  identical  in  their  canonical  function:  Gαi1,  Gαi2,  and  Gαi3  equipotently  inhibit  the  membrane  enzyme  adenylyl  cyclase.  They  also  have  similar  binding  and  hydrolysis  rates  of  guanosine-5'-diphosphate  (GDP)  and  guanosine-5'-triphosphate  (GTP),  respectively.Without  downstream  signaling  partners  which  display  specificity  for  interaction  with  Gαi  subtypes,  investigators  have  turned  to  studies  in  vivo  to  parse  their  functional  differences.  These  studies  have  revealed  important,  non-overlapping  roles  for  Gαi  subtypes  in  different  tissues  and  systems,  but  have  not  revealed  any  molecular  details  of  the  interactions  responsible  for  such  effects.  Some  differences  in  Gαi  subtype  interactions  with  other  proteins  have  been  demonstrated  at  the  molecular  level,  but  the  mechanism  for  this  selectivity  is  not  well  understood.  Recently,  our  laboratory  used  proximity  labeling  proteomics  to  discover  a  novel  effector  of  Gαi:  PDZ-RhoGEF  (PRG),  a  guanine  nucleotide  exchange  factor  for  the  monomeric  G  protein  Rho.  Remarkably,  this  downstream  effector  is  activated  strongly  by  Gαi1  and  Gαi3,  but  activation  by  Gαi2  in  cells  is  significantly  weaker.Here,  I  outline  our  investigation  into  the  molecular  basis  for  this  stark  difference  in  selectivity  of  PRG  for  Gαi  subtypes  using  Gαi1  and  Gαi2.  Using  cell-based  functional  assays  and  molecular  dynamics  simulations,  we  demonstrated  that  nucleotide-dependent  activation  of  PRG  by  Gαi1  is  controlled  by  interactions  at  the  interface  of  the  two  domains  of  Gα,  the  Ras-like  domain  (RLD)  and  the  helical  domain  (HD).  In  particular,  one  amino  acid  in  the  Switch  III  loop  of  Gαi1,  D229,  makes  an  interaction  with  R144  in  the  helical  domain,  permitting  an  array  of  other  interdomain  interactions  and  stabilizing  the  Switch  III  loop.  The  corresponding  residue  of  Gαi1  D229  is  Gαi2  A230,  which  does  not  interact  with  the  cognate  arginine  in  the  HD,  and  does  not  support  these  additional  interdomain  interactions.  Substitution  of  the  whole  Gαi1  HD  into  Gαi2  also  confers  the  ability  to  activate  PRG  in  this  manner.  Finally,  using  unbiased  proximity  labeling  in  cells  coupled  to  tandem  mass  spectrometry  proteomics,  we  show  that  this  mechanism  of  Switch  III  stabilization,  which  confers  Gαi  nucleotide-dependent  interaction  with  and  activation  of  PRG,  also  increases  interaction  of  Gαi  subtypes  with  other  novel  effector  proteins.These  results  describe  a  novel  mechanism  which  may  extend  to  other  Gα  protein  families,  modulating  their  selectivity  for  effector  proteins  and  determining  their  signaling.  Elucidating  such  molecular  processes  is  key  to  our  understanding  of  the  nature  of  G  protein-effector  interactions.  This  has  clear  implications  for  signaling  downstream  of  all  GPCRs,  the  most  prevalent  protein  target  for  the  treatment  of  human  disease.
■590    ▼aSchool  code:  0127.
■650  4▼aPharmacology.
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■650  4▼aBiochemistry.
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■653    ▼aMolecular  pharmacology
■653    ▼aProtein-protein  interactions
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■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bChemical  Biology.
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■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T16933638▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.
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