發現GPCR磷酸化編碼機制，創新性的提出“笛子模型”理論

　　中國科學院生物物理研究所研究員王江云課題組、山東大學基礎醫學院教授于曉團隊與孫金鵬團隊，與北京大學教授金長文團隊合作，在Nature Communications上在線發表了研究論文Structural studies of phosphorylation-dependent interactions between the V2R receptor and arrestin-2。

　　G蛋白偶聯受體（GPCR）是目前已知的人類基因組中最大的膜蛋白家族，負責80%左右的跨膜信號轉導，參與調控人體中多數病理與生理過程。GPCR主要通過G蛋白及arrestin將細胞外的刺激轉變為細胞內信號。GPCRs招募arrestin之前通常會被GPCR激酶（GRKs）磷酸化，產生不同的磷酸化模式并通過與arrestin作用發揮不同功能。王江云研究團隊與孫金鵬團隊針對受體與arrestin相互作用的磷酸化編碼機制展開系列研究工作，發現GPCR磷酸化編碼機制，創新性的提出受體磷酸化的“笛子模型”理論【Nature Communications 6, 8202 (2015)】。基于“笛子模型”的理論基礎，該合作團隊進一步揭示了GPCR磷酸化編碼別構調控SH3 domain蛋白的多聚脯氨酸碼頭分選機制【Nature Chemical Biology 14, 876-886 (2018)】。然而，單個磷酸化位點是如何調控arrestin的構象及功能尚不清楚。

　　研究團隊利用X-ray晶體學解析了4種不同磷酸化模式的V2R C末端短肽與arrestin的復合物結構，直接說明了不同磷酸化短肽與arrestin2形成不同的作用模式。研究還發現了笛子模型中的新磷酸化編碼方式，在arrestin上發現了新的磷酸根結合位點“V3'4'”。結果說明，Arrestin與受體磷酸化編碼的結合方式可能比想象中復雜，存在磷酸化位點結合的優先次序，某些位置的磷酸化位點結合會決定其他位置是否可以結合，并可能有未發現的新的磷酸化編碼結合位點。同時，團隊應用新發展的DeSiPher技術【Nature Communications 11, 4857 (2020)】發現GPCR單個磷酸化位點缺陷可誘導arrestin與MEK和c-Raf-1相互作用區域產生特異的動態構象變化，這說明GPCR單個的磷酸化位點缺陷可直接影響arrestin遠端功能結構域的構型。另外，團隊利用FlAsH-BRET檢測了V2R C末端不同磷酸化修飾位點突變引起的受體磷酸化模式差異可不同程度影響arrestin對MEK、c-Raf-1的招募能力。因此，GPCR磷酸化引起激活態arrestin的構型差異可引起arrestin不同的信號傳導，調控arrestin發揮功能。

　　該研究解析了4種不同磷酸化模式的V2R C端短肽與arrestin的復合物晶體結構，結合DeSiPher和BRET等技術手段，系統說明了GPCR單個磷酸化位點缺陷即可引起arrestin遠端功能結構域產生不同的構象變化，并發現了其與arrestin生物學功能的相關性，不僅揭示了GPCR單個磷酸化位點對arrestin功能的調控機制，而且發現了磷酸化編碼過程中重要的次序原理，這是2015年團隊提出的磷酸化編碼的笛子模型的進一步重要深度闡釋和拓展，并在機制方面開展更深入的探討。

　　王江云、于曉、孫金鵬、金長文為論文的共同通訊作者；山東大學基礎醫學院博士研究生賀慶濤、林婧宇和研究員肖鵬，北京大學醫學部博士研究生黃深明、教工賈英麗，以及中國科學技術大學老師朱中良為論文的共同第一作者。研究工作得到國家重點研發計劃、國家杰出青年科學基金、國家優秀青年科學基金和國家自然科學基金等的支持。

　　“笛子模型”和arrestin介導信號的磷酸化編碼機制拓展