G protein–coupled receptors (GPCRs) initiate signaling cascades via G-proteins and beta-arrestins (βarr). βarr-dependent actions begin with recruitment of βarr to the phosphorylated receptor tail and are followed by engagement with the receptor core. βarrs are known to act as adaptor proteins binding receptors and various effectors, but it is unclear whether in addition to the scaffolding role βarrs can allosterically activate their downstream targets. Here we demonstrate the direct allosteric activation of proto-oncogene kinase Src by GPCR–βarr complexes in vitro and establish the conformational basis of the activation. Whereas free βarr1 had no effect on Src activity, βarr1 in complex with M2 muscarinic or β2-adrenergic receptors reconstituted in lipid nanodiscs activate Src by reducing the lag phase in Src autophosphorylation. Interestingly, receptor–βarr1 complexes formed with a βarr1 mutant, in which the finger-loop, required to interact with the receptor core, has been deleted, fully retain the ability to activate Src. Similarly, βarr1 in complex with only a phosphorylated C-terminal tail of the vasopressin 2 receptor activates Src as efficiently as GPCR–βarr complexes. In contrast, βarr1 and chimeric M2 receptor with nonphosphorylated C-terminal tail failed to activate Src. Taken together, these data demonstrate that the phosphorylated GPCR tail interaction with βarr1 is necessary and sufficient to empower it to allosterically activate Src. Our findings may have implications for understanding more broadly the mechanisms of allosteric activation of downstream targets by βarrs.

中文翻译：

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GPCR-β-arrestin 复合物对原癌基因激酶 Src 的变构激活。

G 蛋白偶联受体 (GPCR) 通过 G 蛋白和 β-抑制蛋白 (βarr) 启动信号级联。βarr 依赖性作用始于将 βarr 募集到磷酸化受体尾部，然后与受体核心结合。已知 βarrs 可以作为结合受体和各种效应子的衔接蛋白，但目前尚不清楚除了支架作用外，βarrs 是否还可以变构激活其下游靶点。在这里，我们证明了 GPCR-βarr 复合物在体外对原癌基因激酶 Src 的直接变构激活，并建立了激活的构象基础。游离的 βarr1 对 Src 活性没有影响，而 βarr1 与在脂质纳米圆盘中重建的 M2 毒蕈碱或 β2-肾上腺素受体复合物通过减少 Src 自磷酸化的滞后期来激活 Src。有趣的是，βarr1 突变体形成受体-βarr1 复合物，其中与受体核心相互作用所需的指环已被删除，完全保留了激活 Src 的能力。类似地，仅与加压素 2 受体的磷酸化 C 末端尾部形成复合物的 βarr1 与 GPCR-βarr 复合物一样有效地激活 Src。相反，βarr1 和具有非磷酸化 C 末端尾部的嵌合 M2 受体未能激活 Src。综上所述，这些数据表明磷酸化 GPCR 尾部与 βarr1 的相互作用是必要且足以使其变构激活 Src。我们的研究结果可能有助于更广泛地理解 βarrs 下游靶标变构激活的机制。与受体核心相互作用所需的，已被删除，完全保留激活Src的能力。类似地，仅与加压素 2 受体的磷酸化 C 末端尾部形成复合物的 βarr1 与 GPCR-βarr 复合物一样有效地激活 Src。相反，βarr1 和具有非磷酸化 C 末端尾部的嵌合 M2 受体未能激活 Src。综上所述，这些数据表明磷酸化 GPCR 尾部与 βarr1 的相互作用是必要且足以使其变构激活 Src。我们的研究结果可能有助于更广泛地理解 βarrs 下游靶标变构激活的机制。与受体核心相互作用所需的，已被删除，完全保留激活Src的能力。类似地，仅与加压素 2 受体的磷酸化 C 末端尾部形成复合物的 βarr1 与 GPCR-βarr 复合物一样有效地激活 Src。相反，βarr1 和具有非磷酸化 C 末端尾部的嵌合 M2 受体未能激活 Src。综上所述，这些数据表明磷酸化 GPCR 尾部与 βarr1 的相互作用是必要且足以使其变构激活 Src。我们的研究结果可能有助于更广泛地理解 βarrs 下游靶标变构激活的机制。仅与加压素 2 受体的磷酸化 C 末端尾部形成复合物的 βarr1 与 GPCR-βarr 复合物一样有效地激活 Src。相反，βarr1 和具有非磷酸化 C 末端尾部的嵌合 M2 受体未能激活 Src。综上所述，这些数据表明磷酸化 GPCR 尾部与 βarr1 的相互作用是必要且足以使其变构激活 Src。我们的研究结果可能有助于更广泛地理解 βarrs 下游靶标变构激活的机制。仅与加压素 2 受体的磷酸化 C 末端尾部形成复合物的 βarr1 与 GPCR-βarr 复合物一样有效地激活 Src。相反，βarr1 和具有非磷酸化 C 末端尾部的嵌合 M2 受体未能激活 Src。综上所述，这些数据表明磷酸化 GPCR 尾部与 βarr1 的相互作用是必要且足以使其变构激活 Src。我们的研究结果可能有助于更广泛地理解 βarrs 下游靶标变构激活的机制。这些数据表明，磷酸化的 GPCR 尾部与 βarr1 的相互作用是必要且足以使其变构激活 Src。我们的研究结果可能有助于更广泛地理解 βarrs 下游靶标变构激活的机制。这些数据表明，磷酸化的 GPCR 尾部与 βarr1 的相互作用是必要且足以使其变构激活 Src。我们的研究结果可能有助于更广泛地理解 βarrs 下游靶标变构激活的机制。