siRNAとCRISPR/Cas9を用いて解明されたGPCRシグナル伝達におけるβアレスチンの多様な役割

Sci. Signal. 25 Sep 2018:
Vol. 11, Issue 549, eaat7650
DOI: 10.1126/scisignal.aat7650

Louis M. Luttrell^1,2,3, Jialu Wang⁴, Bianca Plouffe⁵, Jeffrey S. Smith^4,6, Lama Yamani⁷, Suneet Kaur⁴, Pierre-Yves Jean-Charles⁴, Christophe Gauthier⁸, Mi-Hye Lee¹, Biswaranjan Pani⁴, Jihee Kim⁴, Seungkirl Ahn⁴, Sudarshan Rajagopal^4,6, Eric Reiter⁸, Michel Bouvier⁵, Sudha K. Shenoy^4,9, Stéphane A. Laporte⁷, Howard A. Rockman^4,9,10, and Robert J. Lefkowitz^4,6,11,*

¹ Department of Medicine, Medical University of South Carolina, Charleston, SC 29425, USA.
² Department of Biochemistry and Molecular Biology, Medical University of South Carolina, Charleston, SC 29425, USA.
³ Research Service of the Ralph H. Johnson Veterans Affairs Medical Center, Charleston, SC 29401, USA.
⁴ Department of Medicine, Duke University Medical Center, Durham, NC 27710, USA.
⁵ Department of Biochemistry and Molecular Medicine, Institute for Research in Immunology and Cancer, University of Montreal, Montreal, Quebec H3C IJ4, Canada.
⁶ Department of Biochemistry, Duke University Medical Center, Durham, NC 27710, USA.
⁷ Department of Medicine, Research Institute of the McGill University Health Center, McGill University, Montreal, Quebec H4A 3J1, Canada.
⁸ Physiologie de la Reproduction et des Comportements, Institut National de la Recherche Agronomique, CNRS, Université de Tours, 37380 Nouzilly, France.
⁹ Department of Cell Biology, Duke University Medical Center, Durham, NC 27710, USA.
¹⁰ Department of Molecular Genetics and Microbiology, Duke University Medical Center, Durham, NC 27710, USA.
¹¹ Howard Hughes Medical Institute, Duke University Medical Center, Durham, NC 27710, USA.

* Corresponding author. Email: lefko001@receptor-biol.duke.edu

要約

Gタンパク質共役受容体（GPCR）は多様な機構を介してマイトジェン活性化プロテインキナーゼERK1/2を調節する。βアレスチン（βArr1/2）は広範に分布するGタンパク質シグナル伝達インヒビターであり、GPCRの脱感作と内部移行を促進し、ERK1/2活性化の足場として働く。CRISPR/Cas9を用いてβArr1/2やGタンパク質を欠失させた研究によって、ERK1/2の特異的プールを活性化する際にβアレスチンが果たす役割について疑問が投げかけられている。われわれは、βArr1/2欠損が4つのG_s共役GPCRによるERK1/2の活性化に与える影響を評価するために、親HEK293細胞とCRISPR由来βArr1/2ノックアウトHEK293細胞の3つの異なるペアにおいて、siRNAによるβArr1/2ノックダウンとβArr1/2による再構成の影響を比較した。すべての受容体をもついずれの親細胞株でも、ERK1/2の活性上昇はβArr2またはβArr1/2に特異的なsiRNAによって低減された。対照的に、CRISPR由来細胞株では細胞株の違いごと、および活性化される受容体の違いごとに影響にばらつきが認められた。β₂アドレナリン受容体（β₂AR）とβ₁ARの場合、CRISPRクローンの違いによってβArr1/2の欠損はイソプロテレノールに刺激されるERK1/2の活性化を増加させたり、減少させたり、影響がなかったりした。バソプレシンV₂受容体と卵胞刺激ホルモン受容体によるERK1/2の活性化は、これらの細胞では抑制されたが、βArr1/2による再構成によって促進された。CRISPR βArr1/2ノックアウト細胞における脱感作および受容体の内部移行の喪失は、β₂ARによるERK1/2刺激を引き起こしてGタンパク質への依存度を高めたが、これはβArr1/2の再導入によって元に戻った。これらのデータは、βArr1/2が調節ハブとして機能し、異なる機構でERK1/2の活性化に至る経路間のバランスを決定していることを示唆するとともに、βArr1/2欠損細胞またはGタンパク質欠損細胞で得られた結果から野生型系統におけるGPCRの振る舞いを推定することのないように警告している。

Citation: L. M. Luttrell, J. Wang, B. Plouffe, J. S. Smith, L. Yamani, S. Kaur, P.-Y. Jean-Charles, C. Gauthier, M.-H. Lee, B. Pani, J. Kim, S. Ahn, S. Rajagopal, E. Reiter, M. Bouvier, S. K. Shenoy, S. A. Laporte, H. A. Rockman, R. J. Lefkowitz, Manifold roles of β-arrestins in GPCR signaling elucidated with siRNA and CRISPR/Cas9. Sci. Signal. 11, eaat7650 (2018).