非规范性的、依赖于或不依赖于激动剂的 Arrestin 对 GPR1 的招募

《SCIENCE》：Noncanonical agonist-dependent and -independent arrestin recruitment of GPR1

GPR1通过β-arrestin介导的内吞作用调节化学因介导的代谢平衡，结构解析揭示其与不同β-arrestin亚型的动态结合及脂肪酸辅助作用。

　　

编辑摘要

G蛋白偶联受体1（GPR1）是一种针对chemerin的受体，chemerin是一种在脂肪细胞中产生的蛋白质。其独特之处在于，它主要通过beta-arrestin 1或beta-arrestin 2蛋白来传递信号，而不是通过G蛋白。Cai等人描述了在有无chemerin的情况下，该受体与arrestins的冷冻电子显微镜结构。这些结构揭示了不寻常的结合构象，以及可能存在的一种固醇和脂肪酸，这些成分可能有助于该受体在脂肪组织中的代谢调节作用。——L. Bryan Ray

结构摘要

引言

非典型的G蛋白（异三聚体鸟苷酸结合蛋白）偶联受体（GPCRs）通过arrestin介导的途径调控重要的生理过程，如免疫反应、细胞迁移和组织稳态，但arrestin对这些受体调控的分子机制仍不清楚。GPR1是一种非典型的GPCR，它由类似趋化因子的chemerin激活，并参与炎症、脂肪生成和代谢。与另一种chemerin受体——趋化因子样受体1（CMKLR1）不同，后者是一种经典的A类GPCR，能够激活G蛋白并促进β-arrestin的募集，GPR1既可以通过激动剂依赖的方式也可以通过非激动剂依赖的方式内化β-arrestin，但仅诱导微弱的G蛋白信号传导。因此，GPR1被认为是一种“诱饵受体”，用于清除多余的chemerin，从而减轻因chemerin过量产生而引起的病理信号。

研究理由

为了深入了解arrestin对GPR1的调控机制，我们结合了冷冻电子显微镜（cryo-EM）单颗粒分析、质谱分析以及β-arrestin募集和内化的功能测定，研究了GPR1与不同β-arrestin亚型（β-arrestin 1和β-arrestin 2）在chemerin结合状态和无配体状态下的结合模式。此外，我们还测量了脂质过载脂肪细胞中的脂质积累情况，以探讨GPR1和CMKLR1在脂肪细胞代谢和脂质稳态中的作用，进一步强调了GPR1-arrestin相互作用在定义chemerin介导的生理功能中的重要性。

结果

chemerin–GPR1–β-arrestin 1和chemerin–GPR1–β-arrestin 2复合物的冷冻电子显微镜结构显示，β-arrestin 1采用了四种不同的非典型结合方式，表明其指环和C端具有可塑性，这与有利于受体内化的动态募集模型一致；相比之下，β-arrestin 2以更稳定的方式与GPR1结合，仅有一种结合构象可能促进受体信号传导。在没有配体的情况下，GPR1呈现一种非活性构象，这种构象允许β-arrestin 1以不同于chemerin刺激时的方式与其相互作用。这些发现表明，GPR1通过采用不同的构象来内化chemerin的激动剂型和拮抗剂型，从而以更广泛的特异性清除配体。质谱分析和功能数据支持GPR1 C端的持续磷酸化是其持续募集和内化的原因，而两种脂肪酸（棕榈油酸和棕榈酸）通过与受体-arrestin结合界面的相互作用增强了这种内化过程。在过表达GPR1的脂肪细胞中，高浓度棕榈酸和油酸的刺激导致甘油三酯积累减少，这可能有助于清除脂肪组织产生的拮抗剂型chemerin，从而使更多的CMKLR1分子被激活以促进脂肪分解。

结论

我们的研究全面展示了GPR1在不同功能状态下的arrestin结合情况。多种arrestin结合模式不仅为不同β-arrestin亚型对GPR1的差异化细胞效应提供了基础，也为该受体清除配体提供了多样性，这对于调节chemerin-受体系统的生理功能至关重要。

在浏览器中打开

通过β-arrestin介导的内化作用，GPR1清除chemerin。

（左）激动剂型chemerin诱导GPR1以不同的方式募集β-arrestin 1和β-arrestin 2，导致它们被内化到内体中。在棕榈油酸（POA）或棕榈酸（PA）的作用下，GPR1清除拮抗剂型chemerin。（右）在脂质过载条件下，GPR1清除拮抗剂型chemerin，并允许CMKLR1激活G蛋白，从而减少脂质积累并调节脂肪细胞代谢。

摘要

G蛋白（异三聚体鸟苷酸结合蛋白）偶联受体具有多样的信号传导特性，并对下游途径有不同的偏好。某些受体，如chemerin受体GPR1，通过arrestin介导的内化过程产生信号，但G蛋白信号传导较弱。然而，这种不寻常信号传导模式的机制及其生理意义尚不清楚。我们报道了GPR1与chemerin及β-arrestin 1或β-arrestin 2结合的结构，以及无激动剂时的GPR1–β-arrestin 1复合物的结构。在激动剂刺激下，该受体以不同的方式与两种arrestin结合，这可能解释了它们在细胞中的不同反应。非激动剂依赖的内化过程是由一种持续磷酸化的非活性GPR1介导的，这种GPR1将β-arrestin 1容纳在一个非传统的口袋中，并与一种脂肪酸共同作用，这可能为GPR1在脂质过载脂肪细胞中调节脂质积累提供了基础。