Gi蛋白

Gi蛋白とは、ホルモンや神経伝達物質などの細胞外シグナルを細胞内へ伝達するヘテロ三量体G蛋白ファミリーの一つであり、主としてアデニル酸シクラーゼの活性を抑制して細胞内シグナル伝達を負に調節するタンパク質である。¹

Gi蛋白は、αサブユニットであるGiαと、βおよびγサブユニットが強固に結合したβγ複合体から構成されるヘテロ三量体構造をとっている。²

通常、不活性型の状態ではGTPではなくGDPがαサブユニットに結合しており、βγ複合体と一体となってGタンパク質共役受容体（GPCR）の近傍に存在している。²

細胞外のリガンドが対応する受容体に結合すると受容体の立体構造が変化し、それがGTP-GDP交換を引き起こすことで、Gi蛋白のαサブユニットに結合していたGDPがGTPへと解離・置換される。²

GTPが結合したGiαサブユニットは、βγ複合体から解離し、単独で細胞膜上のエフェクター分子であるアデニル酸シクラーゼと相互作用してその酵素活性を抑制する。²

このアデニル酸シクラーゼの活性低下により、ATPから環状AMP（cAMP）への変換が減少し、細胞内のcAMP濃度が低下する結果として、プロテインキナーゼA（PKA）などの下流シグナル伝達経路が抑制される。²

また、解離したβγ複合体自身も受動的な存在ではなく、カリウムチャネルを直接活性化したり電位依存性カルシウムチャネルを抑制したりするなど、多様なイオンチャネルの制御や下流のキナーゼカスケードを介した細胞応答の調節に関与している。²

Giαサブユニットの内在的なGTP加水分解酵素（GTPase）活性によって、結合しているGTPがGDPへとリン酸基を外す形で加水分解されると、Giαは再び不活性状態に戻り、βγ複合体と再結合して元のヘテロ三量体を形成する。²

このようにしてGi蛋白を介したシグナル伝達は速やかに終結し、細胞は次のシグナルを受け取る準備を整えることができる仕組みになっている。²

Gi蛋白ファミリーには複数のサブタイプが存在し、代表的なものとしてGi1、Gi2、Gi3のほか、脳組織などに多く見られるトランスデューシンやトランスデューシン様タンパク質、さらにはG0蛋白などもこの広いGi/oファミリーに分類されることが多い。²

百日咳菌が産生する百日咳毒素（Pertussis toxin）は、Gi蛋白のαサブユニットのシステイン残基に対してADPリボシル化を引き起こし、受容体からのシグナルを受け渡せないように不活性化する作用を持つ。²

この百日咳毒素を用いた実験手法は、生理学や薬理学の研究において、特定の生理作用や受容体応答がGi蛋白を介しているかどうかを識別・証明するための重要な手段として広く利用されてきた。²

中枢神経系においては、オピオイド受容体、ムスカリン性アセチルコリン受容体（M2, M4）、α2アドレナリン受容体、ドパミンD2受容体など多くの抑制性受容体がGi蛋白と連動して機能している。²

これらの受容体が活性化されてGi蛋白経路が働くと、神経細胞の興奮性が低下したり、シナプス伝達が抑制されたりするなど、脳内の神経回路における情報の抑制的調整において中心的な役割を果たしている。²