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G蛋白偶联受体(GPCR)可以通过G蛋白及Arrestin将细胞外的刺激转变为细胞内信号。在这个过程中,G蛋白主要是通过调节细胞内第二信使的水平来发挥作用的;而Arrestin则是通过招募不同的下游蛋白,使受体发生脱敏或启动Arrestin自身的信号转导途径。最近的一些研究发现,GPCR的C末端磷酸化短肽或者是GPCR受体与Arrestin结合后都能够引起Arrestin发生较大的构象变化。在最近解析出的V2R受体磷酸化的C末端短肽(V2Rpp)与β-arrestin-1的复合物晶体结构中发现,V2Rpp的结合能够导致β-arrestin-1的N端结构域和C端结构域发生较大的旋转。通过电镜技术和氢氘交换质谱方法发现,当β2AR与β-arrestin-1结合后同样可以促使Arrestin发生较大构象变化。这些研究暗示Arrestin结构上的可塑性可能是其发挥不同功能的基础。然而该研究领域仍有一些重要的问题至今没有得到解决。其中,介导GPCR下游信号途径的关键因子只有20个G蛋白和4个Arrestin分子,它们是如何实现人类基因组所编码的800多个G蛋白偶联受体所具有的显著不同的功能?在本文的研究中,我们利用基因密码子扩展技术和19F-NMR方法研究了Arrestin与GPCR的C末端磷酸化短肽的相互作用,提出了 Arrestin对GPCR的磷酸化编码的识别机制。首先,应用基因密码子扩展技术,我们把非天然氨基酸F2Y插入到Arrestin的七个特异结构位置和潜在的磷酸基团结合区域。19F-NMR位移变化和体外体内实验证明Arrestin能够通过其特有的、包括至少10个潜在的磷酸根结合位点的磷酸根结合凹槽来识别受体的磷酸化编码。我们的研究发现不同的磷酸化编码模式能够产生不同的构像变化,从而引起不同的生物学效应。GRK2磷酸化的β2AR的C末端短肽可以和Arrestin上的磷酸根结合位点1-4-6-7结合,导致其发生构象变化,这种构象变化可以特异的招募网格蛋白Clathin,进而介导受体发生内吞。GRK6磷酸化的β2AR的C末端短肽可以和Arrestin上的1-5磷酸根结合位点发生相互作用,导致其发生构象变化,而这种构象可以特异招募下游的SRC蛋白。Arrestin通过其磷酸化结合位点来识别受体不同的磷酸化花样,引起自身的构象变化,并且将这种构象变化转换成不同的细胞功能。因此,我们提出了受体磷酸化编码的笛子模型:受体的磷酸化编码花样可以通过与Arrestin的10个磷酸化位点特异性的结合,就像手指按在笛子的孔上,不同的磷酸化组合可以带来不同的手指组合,从而形成特异的音符,并引起Arrestin的特异性构型变化。考虑到10个磷酸化位点的组合可以带来超过1000种变化(210-1=1023),这样受体C末端不同的磷酸化花样就可以引起超过1000种Arrestin的特异性构型,从而可以行使超过1000种功能。