GTPaseAktivität

GTPase-Aktivität bezeichnet die enzymatische Fähigkeit von GTPasen, Guanosintriphosphat (GTP) in Guanosindiphosphat (GDP) und Phosphat zu hydrolysieren. GTPasen fungieren als molekulare Schalter in der Zelle: Im GTP-gebundenen Zustand sind sie aktiv und steuern vielfältige Prozesse wie Signaltransduktion, Zytoskelettdynamik, Vesikeltransport und Nukleusfunktionen; im GDP-gebundenen Zustand sind sie inaktiv.

Die Regulation der GTPase-Aktivität erfolgt streng durch Proteine, die den GTPase-Zyklus modulieren. GEFs (Guaninnukleotid-Austauschfaktoren) fördern den Austausch von GDP gegen GTP und aktivieren so die GTPase. GAPs (GTPase-aktivierende Proteine) beschleunigen die Hydrolyse von GTP zu GDP und beenden damit das Signal. GDIs (Guanin-nukleotid-assoziierte Inhibitoren) kontrollieren die Freisetzung von GDP, insbesondere bei Rab- und Ras-Familien, und beeinflussen die Subzellulärlokalisation.

Zu den GTPasen gehören u. a. die Ras-, Rho-, Rab-, Ran- und Arf-Familien, die unterschiedliche zelluläre Funktionen ausüben. Ras-GTPasen sind zentrale Knotenpunkte vieler Wachstums- und Differenzierungssignale; Rab-GTPasen regulieren Vesikeltransport; Arf- und Rho-Familien beeinflussen Membranstruktur und Zytoskelett.

Bedeutsam für die Medizin sind Mutationen, die die GTPase-Aktivität verändern, z. B. Ras-Mutationen, die zu konstitutiver Aktivität und Krebs führen. Therapeutische Ansätze zielen häufig darauf ab, den GTPase-Zyklus zu modulieren, GEFs oder GAPs zu beeinflussen oder direkt GTPase-Interaktionen zu hemmen.

Messungen der GTPase-Aktivität umfassen Pi-Freisetzungsassays, radiolabelierte GTP-Inkorporation sowie farb- oder fluoreszenzbasierte Aktivitätsassays; strukturelle Studien liefern Einblicke in die Regulation der GTPase-Domänen.