β-アレスチンバイオセンサーは、迅速な受容体依存性の活性化/非活性化サイクルを明らかにしています

（β-）アレスチンは、Gタンパク質共役受容体（GPCR）の重要な調節因子です。それらは活性化されたリン酸化GPCRに結合し、それによりGタンパク質への「古典的な」シグナル伝達を遮断し、クラスリン機構との相互作用を介してGPCRの内在化を引き起こし、「非古典的」経路を介してシグナル伝達を媒介します。ロッドおよびコーンの光受容体に結合する2つの視覚アレスチン（アレスチン1およびアレスチン4と呼ばれる）に加えて、2つの（非視覚）β-アレスチンタンパク質（β-アレスチン1およびβ-アレスチン2は、異なる（非生存）GPCRを調節する2つの（β-アレスチン1およびβ-アレスチン2）しか存在しません。これらのタンパク質をGPCRに結合するには、通常、受容体の活性型とGタンパク質共役受容体キナーゼ（GRK）によるリン酸化が必要です。受容体またはそのカルボキシ末端の結合と、特定の切り捨ては、X線結晶学によって最近解決された（β-）アレスターインの活性コンフォメーションを誘導します。ここでは、β-アレスチンとGPCRとの相互作用と、一連の蛍光共鳴エネルギー伝達（FRET）ベースのβ-Arrestin2バイオセンサーを使用して、リアルタイムおよび生きているヒト細胞におけるβ-アレスチン立体構造の変化の両方を調査します。受容体-β-アレスチン2相互作用の後に急速に発生するβ-アレスチン2の立体構造変化の受容体特異的パターンを観察します。アゴニストの除去後、これらの変化は直接受容体の相互作用よりも長く持続します。私たちのデータは、GPCRとβ-アレスチンの間の迅速な受容体型特異的、2段階の結合および活性化プロセスを示しています。彼らはさらに、β-アレスチンが受容体からの解離後も活動したままであり、細胞表面に留まり、おそらく独立してシグナルを与えることができることを示しています。したがって、GPCRは、β-アレスチンの迅速な受容体特異的活性化/非アクティブ化サイクルをトリガーし、活性シグナル伝達を可能にします。

(β-)Arrestins are important regulators of G-protein-coupled receptors (GPCRs). They bind to active, phosphorylated GPCRs and thereby shut off 'classical' signalling to G proteins, trigger internalization of GPCRs via interaction with the clathrin machinery and mediate signalling via 'non-classical' pathways. In addition to two visual arrestins that bind to rod and cone photoreceptors (termed arrestin1 and arrestin4), there are only two (non-visual) β-arrestin proteins (β-arrestin1 and β-arrestin2, also termed arrestin2 and arrestin3), which regulate hundreds of different (non-visual) GPCRs. Binding of these proteins to GPCRs usually requires the active form of the receptors plus their phosphorylation by G-protein-coupled receptor kinases (GRKs). The binding of receptors or their carboxy terminus as well as certain truncations induce active conformations of (β-)arrestins that have recently been solved by X-ray crystallography. Here we investigate both the interaction of β-arrestin with GPCRs, and the β-arrestin conformational changes in real time and in living human cells, using a series of fluorescence resonance energy transfer (FRET)-based β-arrestin2 biosensors. We observe receptor-specific patterns of conformational changes in β-arrestin2 that occur rapidly after the receptor-β-arrestin2 interaction. After agonist removal, these changes persist for longer than the direct receptor interaction. Our data indicate a rapid, receptor-type-specific, two-step binding and activation process between GPCRs and β-arrestins. They further indicate that β-arrestins remain active after dissociation from receptors, allowing them to remain at the cell surface and presumably signal independently. Thus, GPCRs trigger a rapid, receptor-specific activation/deactivation cycle of β-arrestins, which permits their active signalling.