Elucidation of the mechanism of arrestin activation by G protein-coupled receptors using nuclear magnetic resonance

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K15052
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 43020:Structural biochemistry-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Shiraishi Yutaro 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (10894412)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 核磁気共鳴法 / アレスチン / Gタンパク質共役型受容体

Outline of Final Research Achievements

β-arrestins (βarrs) play multifaceted roles in the function of G protein-coupled receptors (GPCRs). βarrs typically interact with phosphorylated C-terminal tail (C tail) and transmembrane core (TM core) of GPCRs. However, the effects of the C tail- and TM core-mediated interactions on the conformational activation of βarrs have remained elusive. Here, we show the conformational changes for βarr activation upon the C tail- and TM core-mediated interactions with a prototypical GPCR by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. Our NMR analyses demonstrated that while the C tail-mediated interaction alone induces partial activation, in which βarr exists in equilibrium between basal and activated conformations, the TM core- and the C tail-mediated interactions together completely shift the equilibrium toward the activated conformation. This plasticity of βarr conformation in complex with GPCRs engaged in different binding modes may explain the multifunctionality of βarrs.

Free Research Field

構造生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により、医薬品と結合したGPCRによるβarrの活性化が、GPCRのC tailを介した強い結合による複合体形成と、TM coreとの弱い結合により誘起される構造変化の2段階で達成される動的な過程であることが明らかとなった。GPCRを標的とした医薬品のβarr活性化能は、従来はβarrの結合親和性のみを指標としてたが、本研究の結果は、βarrの構造変化を指標に加えることで、医薬品によるアレスチン活性化能をより正確に評価できることを示している。この活性評価法は、GPCRを標的とした新しい医薬品の開発に貢献すると考えられる。