細胞の情報伝達を制御する足場脂質~アレスチンと膜脂質の協調作用による受容体の細胞内取り込み機構~

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2025-08-07 東北大学

東北大学などの研究チームは、細胞表面の受容体(GPCR)の取り込みに関与するタンパク質アレスチンが、膜脂質PIP₂と結合する新たな部位を発見しました。この結合により、PIP₂が多い膜の微小領域にGPCR–アレスチン複合体が集まり、効率的な内在化が起こることが判明。これにより情報伝達を迅速に遮断できる仕組みが解明されました。本成果は、過剰な情報伝達が原因の疾患に対する新たな創薬戦略への応用が期待されます。

細胞の情報伝達を制御する足場脂質~アレスチンと膜脂質の協調作用による受容体の細胞内取り込み機構~図.アレスチンのNCサイトを介したGPCR内在化の制御機構

<関連情報>

β-アレストインによるPtdIns(4,5)P2結合を介した活性GPCRの膜ドメイン区画化 Membrane-domain compartmentalization of active GPCRs by β-arrestins through PtdIns(4,5)P2 binding

Ritsuki Kuramoto,Tatsuya Ikuta,Carlo Marion C. Carino,Kouki Kawakami,Miisha Kushiro,Chihiro Watanabe,Yasunori Uchida,Mitsuhiro Abe,Yasushi Sako,Tomohiko Taguchi,Masataka Yanagawa & Asuka Inoue
Nature Chemical Biology  Published:06 August 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41589-025-01967-4

Abstract

Upon ligand-induced activation, G-protein-coupled receptors (GPCRs) recruit β-arrestins (βarrs) to the plasma membrane, where phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PtdIns(4,5)P2) stabilizes the GPCR–βarr complex. Although PtdIns(4,5)P2 is reported to form nanoscale clusters, the spatiotemporal dynamics of how the GPCR–βarr–PtdIns(4,5)P2 complex assembles and organizes in living cells remain unexplored. Here we demonstrate that multiple PtdIns(4,5)P2-binding sites on βarrs cooperatively promote GPCR–βarr assembly in membrane domains. Using molecular dynamics simulations, we identify a noncanonical (NC) PtdIns(4,5)P2-binding site, distinct from the known canonical site. Biochemical assays confirm that both sites are essential for βarr binding to PtdIns(4,5)P2-containing liposomes, while NanoBiT assays reveal synergistic contributions of both sites for βarr recruitment in living cells. Notably, single-molecule imaging demonstrates that the NC site is required for the rapid accumulation of the GPCR–βarr–PtdIns(4,5)P2 complex into immobile membrane domains upon ligand stimulation. Collectively, our findings highlight how multivalent βarr–PtdIns(4,5)P2 interactions drive GPCR–βarr compartmentalization, adding complexity to GPCR signaling dynamics.

医療・健康
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