G-protein-coupled receptors (GPCRs) signal primarily through G proteins or arrestins. Arrestin binding to GPCRs blocks G protein interaction and redirects signalling to numerous G-protein-independent pathways. Here we report the crystal structure of a constitutively active form of human rhodopsin bound to a pre-activated form of the mouse visual arrestin, determined by serial femtosecond X-ray laser crystallography. Together with extensive biochemical and mutagenesis data, the structure reveals an overall architecture of the rhodopsin-arrestin assembly in which rhodopsin uses distinct structural elements, including transmembrane helix 7 and helix 8, to recruit arrestin. Correspondingly, arrestin adopts the pre-activated conformation, with a ∼20° rotation between the amino and carboxy domains, which opens up a cleft in arrestin to accommodate a short helix formed by the second intracellular loop of rhodopsin. This structure provides a basis for understanding GPCR-mediated arrestin-biased signalling and demonstrates the power of X-ray lasers for advancing the frontiers of structural biology.

Strigolactones (SLs) are a group of newly identified plant hormones that control plant shoot branching. SL signalling requires the hormone-dependent interaction of DWARF 14 (D14), a probable candidate SL receptor, with DWARF 3 (D3), an F-box component of the Skp–Cullin–F-box (SCF) E3 ubiquitin ligase complex. Here we report the characterization of a dominant SL-insensitive rice (Oryza sativa) mutant dwarf 53 (d53) and the cloning of D53, which encodes a substrate of the SCFD3 ubiquitination complex and functions as a repressor of SL signalling. Treatments with GR24, a synthetic SL analogue, cause D53 degradation via the proteasome in a manner that requires D14 and the SCFD3 ubiquitin ligase, whereas the dominant form of D53 is resistant to SL-mediated degradation. Moreover, D53 can interact with transcriptional co-repressors known as TOPLESS-RELATED PROTEINS. Our results suggest a model of SL signalling that involves SL-dependent degradation of the D53 repressor mediated by the D14–D3 complex. Strigolactones (SLs), key regulators of plant growth, are believed to mediate their responses through a proposed receptor (D14) that interacts with an F-box protein (D3) to form a D14–SCFD3 protein complex; here the perception of SLs by the D14–SCFD3 complex and the control of gene expression are linked by the finding that DWARF 53, a repressor protein of SL signalling, interacts with the D14–SCFD3 complex and is ubiquitinated and degraded in a SL-dependent manner. The strigolactones are key regulators of plant growth, controlling the formation of secondary shoots and regulating root branching. Strigolactone responses are mediated through a proposed receptor (D14) that interacts with an F-box protein (D3). Now, in two related publications, Liang Jiang et al. and Feng Zhou et al. demonstrate a functional link between the perception of strigolactones by D14/D3 and the control of gene expression in rice. They show that the protein DWARF53 (D53), of previously unknown function, acts as a repressor of strigolactone signalling and that strigolactones induce its degradation. D53 interacts with the D14–D3 complex and is ubiquitinated and degraded by the proteasome in a strigolactone-dependent manner.

Abscisic acid (ABA) is a ubiquitous hormone that regulates plant growth, development and responses to environmental stresses. Its action is mediated by the PYR/PYL/RCAR family of START proteins, but it remains unclear how these receptors bind ABA and, in turn, how hormone binding leads to inhibition of the downstream type 2C protein phosphatase (PP2C) effectors. Here we report crystal structures of apo and ABA-bound receptors as well as a ternary PYL2-ABA-PP2C complex. The apo receptors contain an open ligand-binding pocket flanked by a gate that closes in response to ABA by way of conformational changes in two highly conserved beta-loops that serve as a gate and latch. Moreover, ABA-induced closure of the gate creates a surface that enables the receptor to dock into and competitively inhibit the PP2C active site. A conserved tryptophan in the PP2C inserts directly between the gate and latch, which functions to further lock the receptor in a closed conformation. Together, our results identify a conserved gate-latch-lock mechanism underlying ABA signalling.

Folate receptor-α (FRα) is overexpressed in many cancer cells and is therefore an important therapeutic target: here the X-ray crystal structure of folate-bound FRα is presented, revealing details of the ligand-binding pocket that may be useful in the development of small-molecule inhibitors for anticancer therapy. Folic acid, or folate, is an essential vitamin that is needed for many biological processes, including DNA synthesis, DNA repair and cell division. 'Normal' cells express relatively low amounts of the three folate receptors α, β and γ, but they are commonly overexpressed in cancer cell lines; for this reason, they are potential targets for new chemotherapeutics and cancer-imaging reagents. In this manuscript, the authors solve the X-ray crystal structure of the folate-bound form of human folate receptor α, which mediates folate uptake into cells. The authors map the ligand-binding pocket, providing data that should be useful for the development of new small molecules to target the receptor. Folate receptors (FRα, FRβ and FRγ) are cysteine-rich cell-surface glycoproteins that bind folate with high affinity to mediate cellular uptake of folate. Although expressed at very low levels in most tissues, folate receptors, especially FRα, are expressed at high levels in numerous cancers to meet the folate demand of rapidly dividing cells under low folate conditions1,2,3. The folate dependency of many tumours has been therapeutically and diagnostically exploited by administration of anti-FRα antibodies, high-affinity antifolates4,5, folate-based imaging agents and folate-conjugated drugs and toxins6,7,8. To understand how folate binds its receptors, we determined the crystal structure of human FRα in complex with folic acid at 2.8 Å resolution. FRα has a globular structure stabilized by eight disulphide bonds and contains a deep open folate-binding pocket comprised of residues that are conserved in all receptor subtypes. The folate pteroate moiety is buried inside the receptor, whereas its glutamate moiety is solvent-exposed and sticks out of the pocket entrance, allowing it to be conjugated to drugs without adversely affecting FRα binding. The extensive interactions between the receptor and ligand readily explain the high folate-binding affinity of folate receptors and provide a template for designing more specific drugs targeting the folate receptor system.

Musical Chairs The plant hormone abscisic acid (ABA) helps plants to respond to changes in the environment, such as drought. Physiological responses are initiated when ABA binds to its receptor. In the absence of ABA, downstream kinases are held inactive by phosphatases. Soon et al. (p. 85 , published online 24 November; see the Perspective by Leung ) now show that both the hormone-receptor complex and the downstream kinase bind to the same site on the phosphatase. Thus, in the presence of hormone, the phosphatase is occupied and unable to interfere with downstream kinase activity.

Dissecting Serotonin Receptors Serotonin receptors are the targets for many widely used drugs prescribed to treat ailments from depression to obesity and migraine headaches (see the Perspective by Palczewski and Kiser ). C. Wang et al. (p. 610 , published online 21 March) and Wacker et al. (p. 615 , published online 21 March) describe crystal structures of two members of the serotonin family of receptors bound to antimigraine medications or to a precursor of the hallucinogenic drug LSD. Subtle differences in the way particular ligands bind to the receptors cause substantial differences in the signals generated by the receptor and the consequent biological responses. The structures reveal how the same ligand can activate one or both of the two main serotonin receptor signaling mechanisms, depending on which particular receptor it binds.

G protein-coupled receptors (GPCRs) mediate diverse signaling in part through interaction with arrestins, whose binding promotes receptor internalization and signaling through G protein-independent pathways. High-affinity arrestin binding requires receptor phosphorylation, often at the receptor's C-terminal tail. Here, we report an X-ray free electron laser (XFEL) crystal structure of the rhodopsin-arrestin complex, in which the phosphorylated C terminus of rhodopsin forms an extended intermolecular β sheet with the N-terminal β strands of arrestin. Phosphorylation was detected at rhodopsin C-terminal tail residues T336 and S338. These two phospho-residues, together with E341, form an extensive network of electrostatic interactions with three positively charged pockets in arrestin in a mode that resembles binding of the phosphorylated vasopressin-2 receptor tail to β-arrestin-1. Based on these observations, we derived and validated a set of phosphorylation codes that serve as a common mechanism for phosphorylation-dependent recruitment of arrestins by GPCRs.

The parathyroid hormone receptor-1 (PTH1R) is a class B G protein-coupled receptor central to calcium homeostasis and a therapeutic target for osteoporosis and hypoparathyroidism. Here we report the cryo-electron microscopy structure of human PTH1R bound to a long-acting PTH analog and the stimulatory G protein. The bound peptide adopts an extended helix with its amino terminus inserted deeply into the receptor transmembrane domain (TMD), which leads to partial unwinding of the carboxyl terminus of transmembrane helix 6 and induces a sharp kink at the middle of this helix to allow the receptor to couple with G protein. In contrast to a single TMD structure state, the extracellular domain adopts multiple conformations. These results provide insights into the structural basis and dynamics of PTH binding and receptor activation.