下列有關細胞持續存在腎上腺素時,對於β-腎上腺素受體(receptor)之去敏感化(desensitization)的描述,何者錯誤?
詳細解析
本題觀念
本題考G蛋白偶聯受體(GPCR)中,β-腎上腺素受體(β-adrenergic receptor)在長期受到腎上腺素刺激後產生「去敏感化(desensitization)」的分子機轉,也就是細胞如何透過磷酸化、內吞(endocytosis)與去磷酸化這一連串步驟,讓受體對持續存在的刺激訊號逐漸降低反應,之後又能恢復反應(resensitization)。題目要求找出四個敘述中唯一錯誤的一項,關鍵在於分辨受體磷酸化的正確發生位置。
選項分析
A. 腎上腺素結合到受體促進Gsα與Gsβγ的分開,Gsβγ會招引β-adrenergic receptor kinase(βARK)來將β-腎上腺素受體位於胺基(amino)端的絲胺酸(serine)磷酸化——本題答案(錯誤敘述)。腎上腺素刺激後Gs蛋白確實會解離為Gsα與Gsβγ,釋出的Gsβγ也確實會招引βARK(即GRK2)移動到細胞膜上;但βARK磷酸化的位置是受體「羧基(carboxyl/C)端」尾巴上的絲胺酸叢集,而不是敘述中所講的「胺基(amino)端」,這個位置描述有明確錯誤,因此是題目要找的錯誤選項。
B. β-arrestin會結合於β-腎上腺素受體上被磷酸化之絲胺酸(serine),引發細胞內吞(endocytosis)作用——此敘述正確。β-arrestin專一辨識並結合被βARK磷酸化後的受體羧基端絲胺酸,這個結合會促使受體與Gs蛋白解偶聯,並媒介受體經由網格蛋白包被窩(clathrin-coated pit)進行細胞內吞,故此敘述本身沒有錯誤。
C. 結合於β-腎上腺素受體的β-arrestin在被內吞進入細胞內的囊泡(vesicles)後,會與β-腎上腺素受體分開——此敘述正確。受體與結合的β-arrestin一同被內吞進入胞內囊泡後,β-arrestin會與受體解離,讓受體暴露出磷酸化的絲胺酸,以便囊泡內的磷酸酶接下來進行去磷酸化,此為文獻已確立的步驟。
D. β-腎上腺素受體在其絲胺酸(serine)於胞內囊泡(vesicles)中被去磷酸化(dephosphorylated)後,可再度被運回細胞膜上,解除去敏感化——此敘述正確。囊泡內的磷酸酶將受體絲胺酸去磷酸化後,受體會被再運送回細胞膜表面,恢復對腎上腺素的反應性,達成解除去敏感化(resensitization);若這條內吞路徑被阻斷,受體的去磷酸化與恢復反應都會受到影響。
答案解析
β-腎上腺素受體去敏感化的完整流程是:腎上腺素刺激→Gs蛋白解離、Gsβγ招引βARK(GRK2)→βARK磷酸化受體羧基端絲胺酸→β-arrestin結合磷酸化位點、引發內吞→內吞進入囊泡後β-arrestin與受體分開→囊泡內磷酸酶去磷酸化→受體回收運回細胞膜、恢復敏感度。四個選項中,B、C、D都正確描述了這條途徑;只有A把磷酸化位置錯講成「胺基端」,正確應為「羧基端」,因此答案為A。
核心知識點
- β-腎上腺素受體去敏感化屬於「同源性(homologous)去敏感化」,由GRK(此處為βARK/GRK2)專一磷酸化受體羧基端絲胺酸叢集所啟動。
- β-arrestin結合磷酸化受體是內吞的必要步驟,內吞後β-arrestin與受體分開,讓磷酸酶得以去磷酸化受體。
- 去磷酸化後受體循環運回細胞膜,恢復對配體的反應性(resensitization);此為受體長期維持功能可逆調控的關鍵機制。
- 建議複習:GPCR訊息傳遞與去敏感化機轉、GRK家族與β-arrestin的角色、受體內吞循環(receptor internalization cycle)與長期(異源性)去敏感化的差異。
參考資料
- Beta Adrenergic Receptor Kinase - ScienceDirect Topics
- GRK phosphorylation of β2-adrenergic receptor carboxyl-terminal serines
- Cardiac β2-AR Phosphorylation at Ser355/356
- β-arrestin1 regulation of clathrin-mediated endocytosis
- β-arrestin and clathrin-coated vesicle mediated endocytosis in resensitization