構造生物学：NTSR1Gタンパク質サブタイプの無差別性の動的基盤を捉えたスナップショット
Nature 652, 8110 doi: 10.1038/s41586-026-10120-7
Gタンパク質共役受容体（GPCR）は、Gタンパク質αサブユニットの4つのファミリーを介してシグナル伝達を行うことができる。ヌクレオチドが結合していないGPCR–Gタンパク質複合体については、数百を越える構造が解明されているが、Gタンパク質サブタイプ選択性の機構は依然として十分に解明されておらず、最近の研究からは、動的なヌクレオチド結合中間状態の役割が示唆されている。本論文で我々は、時間分解クライオ電子顕微鏡法を用いて、ニューロテンシン受容体1（NTSR1）に結合したGαi1βγヘテロ三量体およびGα11βγヘテロ三量体のGTP誘導性の活性化を可視化した。NTSR1はGタンパク質との共役が極めて無差別的であり、ヌクレオチドが結合していない状態では異例なコンホメーションをとることが示されている。我々は、Gタンパク質の活性化経路に沿った状態のアンサンブルを解明し、Gαi1とGα11の間で構造とその相対的な存在量に違いがあることを示す。構造解析により、ICL2（intracellular loop 2）やICL3などを含む複数のモチーフが、観察された中間状態の安定化に重要な役割を果たしていることが明らかになった。我々の結果は、分子動力学シミュレーションと速度論的生物発光共鳴エネルギー移動実験によって裏付けられ、これらの中間状態の安定性とさまざまなGタンパク質のシグナル伝達がICL2およびICL3の塩基配列と相関していることが示された。GTPによって誘導されるNTSR1–Gタンパク質複合体解離の単一分子蛍光アッセイによって、NTSR1はGα11から非常に速く解離することが分かり、これはGαi1と比べると安定なGα11-GTP中間状態が相対的に少ないことと一致する。これらの知見は、Gタンパク質活性化経路に沿って現れる一過性の中間状態複合体がGタンパク質選択に重要な役割を果たしており、このことはヌクレオチドが結合していない状態だけでは説明できないことをはっきり示している。
