G Protein-coupled Receptors (GPCRs) are physiologically important receptor group responding to most of cellular stimulations. GPCR is activated by conformational change upon agonist-binding; then, it turns on the G protein signaling pathway. GPCR, however, does not sustain the activated state, but undergoes inactivation process, named desensitization, through internalization. Desensitized GPCR is recycled to the membrane or sorted to lysosome to be degraded. Such desensitization and degradation have been studied to prove GPCR signal termination. Ubiquitination has thought as a key mechanism for GPCR degradation; however, GPCR ubiquitination has not been fully understood because of large number of GPCRs having individually different degradation mechanisms, and difficulty in handling of GPCR experiments. In this context, precise mapping of ubiquitinated GPCR and ubiquitinating E3 ligases is important step for studying GPCR ubiquitination; but investigating possible GPCR-E3 ligase pair one by one needs too much time and effort. To overcome this problem, bioinformatics approach to predict GPCR ubiquitination model would be an efficient way to narrow the search space and provide the candidates with high possibility. In this study, GPCR ubiquitination target for NEDD4 is searched using functional enrichment analysis and one of the predicted models is verified through in vitro experiments.
G 단백질 결합 수용체(G Protein-coupled Receptor, GPCR)는 대부분의 세포 자극에 대하여 반응할 수 있는 생리학적으로 중요한 수용체 군이다. GPCR은 작용제(agonist)의 결합에 의하여 구조적인 변화를 일으키며 활성화되는데, 활성화된 GPCR은 G 단백질의 신호 전달 경로를 작동시키게 된다. 하지만 GPCR은 이러한 활성화 상태를 계속 유지하는 것이 아니라 세포내이동(internalization)을 통하여 탈감작(desensitization)된다. 탈감작된 GPCR은 세포막으로 다시 재회수(recycling)되거나 리소좀(lysosome)으로 이동되어 분해(degradation)된다. 이러한 탈감작 및 분해 작용 기전은 GPCR의 신호 전달 차단 메커니즘으로서 연구되고 있다. 유비퀴틴화(ubiquitination)는 이러한 GPCR 분해 과정의 중요한 메커니즘으로 생각되고 있다. 그러나 GPCR마다 분해되는 메커니즘이 다르고 GPCR의 개수가 방대한데다가 GPCR 실험 연구의 어려움으로 인하여 GPCR 유비퀴틴화 연구는 많이 보고되어 있지 않은 상태이다. 이러한 관점에서, 유비퀴틴화 되는 GPCR 및 유비퀴틴화 시키는 유비퀴틴 접합 효소 단백질(E3 ligase)의 정확한 연관관계를 밝히는 것이 선행될 필요가 있다. 그러나 가능한 GPCR-E3 ligase의 조합을 하나하나 분석하는 과정은 많은 시간과 노력을 필요로 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 생물정보학을 활용한 GPCR 유비퀴틴화 모델을 예측하는 것은 분석할 GPCR-E3 ligase 쌍의 수를 줄이고 높은 가능성을 가진 쌍을 선별하는 좋은 방법으로 사료된다. 본 연구에서는 NEDD4라는 특정 E3 ligase에 대하여 알려진 기질(substrate)의 기능분석을 통하여 새로운 GPCR 유비퀴틴화 모델을 예측하였고 SSTR2라는 예측한 모델 중 하나를 in vitro 실험을 통하여 NEDD4에 의하여 ubiquitination 됨을 확인하였다.
