G protein–coupled receptor (GPCR) kinases (GRKs) and arrestins mediate GPCR desensitization, internalization, and signaling. The spatial pattern of GPCR phosphorylation is predicted to trigger these discrete GRK and arrestin-mediated functions. Here, we provide evidence that distal carboxyl-terminal tail (C-tail), but not proximal, phosphorylation of the chemokine receptor CXCR4 specifies βarrestin1 (βarr1)-dependent signaling. We demonstrate by pharmacologic inhibition of GRK2/3-mediated phosphorylation of the chemokine receptor CXCR4 coupled with site-directed mutagenesis and bioluminescence resonance energy transfer approaches that distal, not proximal, C-tail phosphorylation sites are required for recruitment of the adaptor protein STAM1 (signal-transducing adaptor molecule) to βarr1 and focal adhesion kinase phosphorylation but not extracellular signal–regulated kinase 1/2 phosphorylation. In addition, we show that GPCRs that have similarly positioned C-tail phosphoresidues are also able to recruit STAM1 to βarr1. However, although necessary for some GPCRs, we found that distal C-tail sites might not be sufficient to specify recruitment of STAM1 to βarr1 for other GPCRs. In conclusion, this study provides evidence that distal C-tail phosphorylation sites specify GRK–βarrestin-mediated signaling by CXCR4 and other GPCRs.

G 蛋白偶联受体 (GPCR) 激酶 (GRK) 和抑制蛋白介导 GPCR 脱敏、内化和信号传导。预计 GPCR 磷酸化的空间模式会触发这些离散的 GRK 和抑制蛋白介导的功能。在这里，我们提供的证据表明，趋化因子受体 CXCR4 的远端羧基末端尾（C 尾）而非近端磷酸化指定了 βarrestin1（βarr1）依赖性信号传导。我们通过药理学抑制 GRK2/3 介导的趋化因子受体 CXCR4 磷酸化结合定点诱变和生物发光共振能量转移接近远端而非近端，C 尾磷酸化位点是将衔接蛋白 STAM1（信号转导衔接分子）募集到 βarr1 和粘着斑激酶磷酸化而不是细胞外信号调节激酶 1/2 磷酸化所必需的。此外，我们表明具有相似定位的 C 尾磷酸残基的 GPCR 也能够将 STAM1 募集到 βarr1。然而，尽管对于某些 GPCR 是必需的，但我们发现远端 C 尾位点可能不足以指定将 STAM1 募集到 βarr1 用于其他 GPCR。总之，本研究提供的证据表明，远端 C 尾磷酸化位点通过 CXCR4 和其他 GPCR 指定了 GRK-βarrestin 介导的信号传导。然而，尽管对于某些 GPCR 是必需的，但我们发现远端 C 尾位点可能不足以指定将 STAM1 募集到 βarr1 用于其他 GPCR。总之，本研究提供的证据表明，远端 C 尾磷酸化位点通过 CXCR4 和其他 GPCR 指定了 GRK-βarrestin 介导的信号传导。然而，尽管对于某些 GPCR 是必需的，但我们发现远端 C 尾位点可能不足以指定将 STAM1 募集到 βarr1 用于其他 GPCR。总之，本研究提供的证据表明，远端 C 尾磷酸化位点通过 CXCR4 和其他 GPCR 指定了 GRK-βarrestin 介导的信号传导。