GPCR-Gタンパク質β-アレスチンスーパーコンプレックスは、持続的なGタンパク質シグナル伝達を媒介します

古典的には、Gタンパク質共役受容体（GPCR）刺激は、原形質膜でのGタンパク質シグナル伝達を促進し、その後、急速なβ-アレスチンを介した脱感作とエンドソームへの受容体の内在化が続きます。ただし、一部のGPCRは内部化された細胞コンパートメント内からGタンパク質を活性化し、持続的なシグナル伝達をもたらすことが実証されています。さまざまな生化学的、生物物理学的、細胞ベースの方法を使用して、単一のGPCR、β-アレスチン、およびGタンパク質で構成される内在化受容体複合体の存在、機能性、およびアーキテクチャを実証しました。これらのスーパーコンプレックスまたは「メガプレックス」は、セリン/スレオニンリン酸化部位のクラスターを含むC末端尾部を介してβ-アレスチンと強く相互作用する受容体でより容易に形成されます。負に染色された精製メガプレックスの単一粒子電子顕微鏡分析は、単一の受容体が同時にそのコア領域をGタンパク質と同時に、β-アレスチンでリン酸化C末端尾を介して結合することを明らかにします。このような巨大鎖の形成は、内在化されたGPCRから新たに評価された持続的なGタンパク質シグナル伝達の潜在的な物理的基盤を提供します。

Classically, G protein-coupled receptor (GPCR) stimulation promotes G protein signaling at the plasma membrane, followed by rapid β-arrestin-mediated desensitization and receptor internalization into endosomes. However, it has been demonstrated that some GPCRs activate G proteins from within internalized cellular compartments, resulting in sustained signaling. We have used a variety of biochemical, biophysical, and cell-based methods to demonstrate the existence, functionality, and architecture of internalized receptor complexes composed of a single GPCR, β-arrestin, and G protein. These super-complexes or "megaplexes" more readily form at receptors that interact strongly with β-arrestins via a C-terminal tail containing clusters of serine/threonine phosphorylation sites. Single-particle electron microscopy analysis of negative-stained purified megaplexes reveals that a single receptor simultaneously binds through its core region with G protein and through its phosphorylated C-terminal tail with β-arrestin. The formation of such megaplexes provides a potential physical basis for the newly appreciated sustained G protein signaling from internalized GPCRs.